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巨型病毒点燃进化树之争

来源:中国科学报 2017-04-20 17:42

 

进化生物学家从来都不知道是什么制造了病毒,对它们的起源争论了十几年。但一组叫作Klosneuviruses的巨型病毒的新发现可能是“缺失的环节”,有助于解决争论——或者引发更多的争论。

2003年,研究人员报道发现了巨型病毒,并将其命名为Mimiviruses。其携带的基因表明,它们的原型可以生活在宿主细胞外。这项发现使研究人员分成了两大阵营。一组认为,病毒一开始是自给自足的微生物,受困于其他细胞内,最终变成了寄生生物,并抛弃了它们不再需要的基因。另一组将病毒视为微粒,并在数亿年中抢夺宿主有机体的基因材料。

4月6日发表在《科学》杂志上的一项研究为后一组的想法提供了证据——病毒是由偷来的部分拼接而成的。但它已经引发了争论,并且是不太可能得到解决的纷争。

继Mimivirus的发现后,一些科学家发展了一种理论,将病毒放到进化树的根源。他们提出,病毒构成了“第四领域”,与细菌、真核生物(细胞包含内部结构如细胞核的微生物)以及叫做古生菌的细菌大小的微生物并存。

Mimiviruses直径400纳米,大约是大肠杆菌细胞宽度的一半,能在显微镜下看到,它们包含DNA编码分子,将RNA信息转变为蛋白质,在这方面它们是独特的。普通病毒让宿主细胞为它们生产蛋白质。

发现Mimiviruses的团队认为,病毒制造自身蛋白质的能力表明,这些病毒巨人起源于可能不再存在的古代独立生存的细胞类型。“它们重新启动了关于病毒生存本质的讨论及其与‘细胞’世界的关系的辩论。”法国艾克斯—马赛大学进化生物学家、Mimivirus最初论文合着者Jean-Michel Claverie说。

通过比较病毒和真核宿主内病毒的基因序列,这个问题可以得到解决。Mimiviruses包含太少像真核生物的基因,以至于不能完成可以确定它们进化关系的统计分析。这种困难由于病毒基因组变化太快而雪上加霜。

Klosneuviruses可以填补这个空白。它们的基因组包含许多酶的编码和用于制造蛋白质的其他分子机制。其中一部分从未在病毒中见到过,包括Mimivirus中。“它们是我们以前没有发现过的缺失一环。”该研究合作者、加州核桃溪市联合基因组研究所微生物学家Tanja Woyke说道。

Woyke和同事在奥地利的污水处理厂研究细菌分解污物时偶然发现了Klosneuviruses。他们通过测序样本基因组识别微生物,发现其4个基因组与Mimiviruses类似。

研究人员使用复杂的软件追踪其神秘基因组的进化史,发现转译基因似乎是在数亿年里一个接一个地被拾取。他们说,这个证据支持了病毒偷取部分基因组的想法。“不过,这是可能的,Mimiviruses和Klosneuviruses以不同方式起源,使病毒起源的两种想法变成可能。”新研究的合作者、联合基因组研究所生物信息专家Frederik Schulz说。

目前尚不清楚哪个真核生物奉献了基因给Klosneuvirus。因为没有认定宿主,研究人员还不能让病毒生长。这种病毒似乎并不像Mimivirus和其他已知巨型病毒那样能够感染相同类型的变形虫。

Claverie指出,大部分Klosneuviruses的转译机制不匹配任何其他已知微生物的基因组。他担心,用于推断病毒起源的计算模型可能捡起样本中剩下的DNA片段,进而可能会污染数据。“在我相信它们的进化论解释之前,我正等着看一个在试管中与宿主分离的真正病毒。”他说道。

南巴黎大学的进化生物学家David Moreira并不认为这是必要的。他说,很多进化工作可能在基因组单独进行,他很高兴看到越来越多的论文得出病毒不是生命第四领域的结论。

Mimivirus共同发现者、艾克斯—马赛大学微生物学家Didier Raoult说,这个最新发现不会解决争论,但这是一个很好的发现。“我们正在发现完全被忽视的世界的一部分,需要耐心。”(生物谷Bioon.com)

 

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