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巨型病毒點燃進化樹之爭

2023年08月26日

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進化生物學家從來都不知道是什麼製造了病毒,對它們的起源爭論了十幾年。但一組叫作 Klosneuviruses 的巨型病毒的新發現可能是「缺失的環節」,有助於解決爭論——或者引發更多的爭論。
2003 年,研究人員報道發現了巨型病毒,並將其命名為 Mimiviruses。其攜帶的基因表明,它們的原型可以生活在宿主細胞外。這項發現使研究人員分成了兩大陣營。一組認為,病毒一開始是自給自足的微生物,受困於其他細胞內,最終變成了寄生生物,並拋棄了它們不再需要的基因。另一組將病毒視為微粒,並在數億年中搶奪宿主有機體的基因材料。
4 月 6 日發表在《科學》雜誌上的一項研究為後一組的想法提供了證據——病毒是由偷來的部分拼接而成的。但它已經引發了爭論,並且是不太可能得到解決的紛爭。
繼 Mimivirus 的發現後,一些科學家發展了一種理論,將病毒放到進化樹的根源。他們提出,病毒構成了「第四領域」,與細菌、真核生物(細胞包含內部結構如細胞核的微生物)以及叫做古生菌的細菌大小的微生物並存。
Mimiviruses 直徑 400 納米,大約是大腸桿菌細胞寬度的一半,能在顯微鏡下看到,它們包含 DNA 編碼分子,將 RNA 信息轉變為蛋白質,在這方面它們是獨特的。普通病毒讓宿主細胞為它們生產蛋白質。
發現 Mimiviruses 的團隊認為,病毒製造自身蛋白質的能力表明,這些病毒巨人起源於可能不再存在的古代獨立生存的細胞類型。「它們重新啟動了關於病毒生存本質的討論及其與『細胞』世界的關係的辯論。」法國艾克斯—馬賽大學進化生物學家、Mimivirus 最初論文合著者 Jean-Michel Claverie 說。
通過比較病毒和真核宿主內病毒的基因序列,這個問題可以得到解決。Mimiviruses 包含太少像真核生物的基因,以至於不能完成可以確定它們進化關係的統計分析。這種困難由於病毒基因組變化太快而雪上加霜。
Klosneuviruses 可以填補這個空白。它們的基因組包含許多酶的編碼和用於製造蛋白質的其他分子機制。其中一部分從未在病毒中見到過,包括 Mimivirus 中。「它們是我們以前沒有發現過的缺失一環。」該研究合作者、加州核桃溪市聯合基因組研究所微生物學家 Tanja Woyke 說道。
Woyke 和同事在奧地利的污水處理廠研究細菌分解污物時偶然發現了 Klosneuviruses。他們通過測序樣本基因組識別微生物,發現其 4 個基因組與 Mimiviruses 類似。
研究人員使用複雜的軟體追蹤其神秘基因組的進化史,發現轉譯基因似乎是在數億年里一個接一個地被拾取。他們說,這個證據支持了病毒偷取部分基因組的想法。「不過,這是可能的,Mimiviruses 和 Klosneuviruses 以不同方式起源,使病毒起源的兩種想法變成可能。」新研究的合作者、聯合基因組研究所生物信息專家 Frederik Schulz 說。
目前尚不清楚哪個真核生物奉獻了基因給 Klosneuvirus。因為沒有認定宿主,研究人員還不能讓病毒生長。這種病毒似乎並不像 Mimivirus 和其他已知巨型病毒那樣能夠感染相同類型的變形蟲。
Claverie 指出,大部分 Klosneuviruses 的轉譯機制不匹配任何其他已知微生物的基因組。他擔心,用於推斷病毒起源的計算模型可能撿起樣本中剩下的 DNA 片段,進而可能會污染數據。「在我相信它們的進化論解釋之前,我正等著看一個在試管中與宿主分離的真正病毒。」他說道。
南巴黎大學的進化生物學家 David Moreira 並不認為這是必要的。他說,很多進化工作可能在基因組單獨進行,他很高興看到越來越多的論文得出病毒不是生命第四領域的結論。
Mimivirus 共同發現者、艾克斯—馬賽大學微生物學家 Didier Raoult 說,這個最新發現不會解決爭論,但這是一個很好的發現。「我們正在發現完全被忽視的世界的一部分,需要耐心。」

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