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细思极恐身为窃贼的巨型病毒为什么要保留新陈代谢基因

为什么呢2023-6-25阅读:311

病毒,是一种非细胞生命形态,由核酸和蛋白质外壳构成。病毒没有自己的能量代谢结构,也没有酶系统,其复制增殖所需的能量和酶蛋白完全依赖于从宿主细胞中窃取。因此,在自然界中,病毒一直扮演着一个“偷盗者”角色。

然而,近年来的研究表明,有些病毒除了含有感染宿主细胞并复制增殖的基因之外,还极为反常地携带着其他功能基因。不久前,BioWorld公众号就曾报道了一些巨型噬菌体携带CRISPR-Cas系统基因,模糊了生命与非生命之间的界限:最新发现的巨型噬菌体病毒,让生命与非生命界限彻底模糊

近日,美国弗吉尼亚理工学院暨州立大学生物科学系的研究人员在 Nature Communications上发表题为:Dynamic genome evolution and complex virocell metabolism of globally-distributed giant viruses 的研究论文。

此项研究发现巨型病毒基因组中含有与新陈代谢相关的基因,它们可能利用这些基因将宿主细胞转化为超级能量工厂。

进一步研究表明,这些基因是病毒特异性的、独立于细胞生命之外的,并且是在很久以前获得的。

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海洋中已发现20多万种病毒,有些是巨型病毒,又被称为核质大型DNA病毒(NCLDV),之所以如此命名,是因为它们的大小往往是普通病毒的10倍左右,甚至比某些细胞还要大。巨型病毒一直到2003年才被发现,从那时起,科学界便对这类特殊的病毒进行研究。

系统发育分析表明,巨型病毒具有共同祖先,并具有源远流长的进化史。这些病毒主要感染阿米巴原虫和浮游植物——减缓气候变化和控制海洋生态系统的重要角色,因此,巨型病毒对地球生态具有极为关键的影响作用。

在此项研究中,弗吉尼亚理工大学的Frank Aylward教授及其团队通过公共数据库搜索获得了501个疑似巨型病毒基因组,并将它们与121个已知的参考基因组进行比对,从而建立了一个系谱图。

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研究人员发现这些巨型病毒极其多样化,可分为54个不同的组,并且其中一些基因组是科学界的新发现,可能代表了新物种。

通过评估这些巨型病毒基因组的编码代谢多样性,研究者在广泛分布的巨型病毒中发现了多种代谢基因,包括许多参与营养吸收和处理、光捕获和中心氮代谢的基因,这些基因证实了巨型病毒与宿主细胞之间存在复杂的相互作用。

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紧接着,Frank Aylward等还报道了许多编码糖酵解成分、糖异生、乙醛酸分流和TCA循环的巨型病毒,包括一个具有70%完全糖酵解途径的基因组,这表明它们可能可以重新编程宿主细胞的中心碳代谢。

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除此之外,研究人员通过系统发育分析表明,巨型病毒的代谢基因具有极为久远的进化历史,与细胞内的代谢基因有较大差异,这意味着这些代谢基因很可能是在巨型病毒发源早期获得的。

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打个比方说,巨型病毒携带代谢相关基因,就像是一个小偷带着钞票制造机去行窃一样,并且这个钞票机还显得有点旧,和现在的款式有点儿不同。这让人感到惊讶而又新奇——真是一个奇葩!

值得注意的是,目前仍未清楚这些巨型病毒携带代谢相关基因的实际意义。对此,联合基因组研究所的微生物学家Frederik Schulz表示:“不要对这一研究结果进行过于宽泛的推测,这些基因可以帮助细胞新陈代谢,并不意味着它们对病毒也有同样的作用。”

论文链接:

https://doi.org/10.1038/s41467-020-15507-2

 

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