巨型病毒的基因组暗示存在生命的“第四域”

仅有 7% 的病毒基因与现有数据库中的基因匹配,这一发现证实了病毒多样性在很大程度上仍未被探索。

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该生物最初被称为 NLF,意为“新生命形式”。法国艾克斯-马赛大学的进化生物学家 Jean-Michel Claverie 和 Chantal Abergel 在智利海岸采集的水样中发现了它,它似乎正在感染和杀死变形虫。在显微镜下,它呈现为一个大的黑色斑点,大小与一个小型细菌细胞相当。

后来,在研究人员在澳大利亚的一个池塘中发现了类似的生物后,他们意识到两者都是病毒——迄今为止发现的最大的病毒。每个病毒的长度约为 1 微米,宽度为 0.5 微米,它们的基因组分别达到 190 万和 250 万个碱基——这使得这些病毒比许多细菌甚至一些真核细胞还要大。

但是这些病毒,今天在《科学》杂志上进行了描述,不仅仅是打破记录者——它们还暗示着生命之树中未知的部分。它们的基因中只有 7% 与现有数据库中的基因匹配。


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“其他基因是怎么回事?” Claverie问道。“这打开了潘多拉魔盒。研究这些内容将会带来什么样的发现?”研究人员将这些巨型病毒称为潘多拉病毒。

“这是一项重大发现,它极大地扩展了巨型病毒的复杂性,并证实了病毒多样性在很大程度上仍未被探索,” 法国国家科学研究中心的病毒学家 Christelle Desnues 说,他没有参与这项研究。

Claverie 和 Abergel 帮助发现了其他巨型病毒——包括 2003 年发现的第一个巨型病毒,名为 拟菌病毒,以及 2011 年发现的,直到现在还是已知的最大的病毒 智利巨型病毒潘多拉盐生病毒来自与智利巨型病毒相同的智利水样。Claverie 在墨尔本附近的一个池塘中采集到了第二种潘多拉病毒 P. dulcis,当时他正在那里参加一个会议。

这些病毒在不同大陆上的存在有助于确定它们不是已知细胞的人工产物。Claverie 说,这也表明潘多拉病毒分布广泛。

事实上,其他科学家之前曾将它们误认为是寄生或共生细菌。德国科布伦茨联邦国防军医疗服务中心中央研究所的寄生虫学家 Rolf Michel 在 2008 年发现了一种寄生在一位患有角膜炎的女性的隐形眼镜中的变形虫。“在阅读这篇令人惊叹的文章后,我意识到 P. salinusP. dulcis 与我们几年前描述的几乎相同,”他说。“我们根本不知道这些巨型生物竟然是病毒!”

研究人员表明,潘多拉病毒缺乏许多细胞生物(如细菌)的特征。它们不制造自己的蛋白质,不通过 ATP 产生能量,也不通过分裂繁殖。

然而,它们确实包含一些巨型病毒常见的核心基因,并且它们具有病毒生命周期。在电子显微镜下,研究人员观察到病毒被变形虫宿主吸收,将其蛋白质和 DNA 排入宿主细胞,控制宿主细胞核,产生数百个新的病毒颗粒,最后分裂宿主细胞。

研究人员现在正试图通过鉴定未知基因和它们编码的蛋白质来确定病毒的起源。他们长期以来一直怀疑巨型病毒是从细胞进化而来的;如果他们是对的,潘多拉病毒的祖先一定与我们今天的细菌、古细菌和真核生物截然不同。“我们认为,在某个时候,地球上的王朝比这三个领域要大得多,”Abergel 说。一些细胞产生了现代生命,而另一些细胞通过寄生它们并进化成病毒而存活下来。

这一发现表明,科学家们可能会修改他们对病毒外观的概念。“在阅读这篇文章后,许多人可能会怀疑他们的货架上是否有可能是巨型病毒的东西,” Abergel 说。“我们还有更多疯狂的东西,我们期望明年能够发表。”

本文经《自然》杂志许可转载。本文于2013年7月18日首次发表

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