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发现新型巨型病毒群

2018-12-29 10:39:27 • 来源：

病毒在世界上无处不在。他们的人口估计为10 31，是非亿人的10倍(10 30这个星球上的微生物 - 这个数字超过了银河系中的恒星数量。巨型病毒的特征是不成比例的大型基因组和病毒体，它们容纳病毒的遗传物质。它们可以编码可能参与蛋白质生物合成的几个基因，这一独特的特征导致了对这些病毒起源的不同假设。但是，在发现一组具有比迄今已知的任何其他病毒更完整的翻译机器基因的新型巨型病毒后，美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)的科学家，DOE办公室的科学用户设施，相信该组(被称为“Klosneuviruses”)显着增加了我们对病毒进化的理解。

发现新型巨型病毒群

预测的Klosneuviruses宿主是原生生物 - 单细胞真核(含核)微生物。虽然它们对原生生物的直接影响还没有解决，但这些巨型病毒被认为对这些有助于调节地球生物地球化学循环的原生生物产生了重大影响。DOE JGI 于2017年4月7日在美国国立卫生研究院，维也纳大学和CalTech的合作者的科学杂志上发表了这些研究结果。

这一发现以新的方式为我们呈现病毒进化，极大地扩展了我们对病毒在进化过程中可以捕获多少基本宿主基因的理解，”美国国立卫生研究院进化和计算生物学家Eugene Koonin说，他是一名研究合作者，他的实验室合作与DOE JGI分析Klosneuvirus基因组。“由于蛋白质合成是细胞生命中最突出的标志之一，它表明这些新病毒比任何人以前见过的任何病毒都更像'细胞样'。”

巨型病毒具有独特的能力

自2003年以来，科学家对巨型病毒着迷，当时由Didier Raoult领导的一群法国生物学家发现了Mimiviruses。从那以后，发现了少数其他巨型病毒群。他们编码参与翻译的蛋白质(通常是DNA到RNA到蛋白质)的独特能力激发了研究人员对巨型病毒起源的兴趣。从那以后，出现了两个进化假设。有人认为巨型病毒是从一个古老的细胞进化而来的，也许是一个已经灭绝的第四个细胞生命领域。另一个 - 由Koonin倡导的场景 - 提出了巨型病毒来自较小病毒的想法。

根据美国能源部JGI微生物基因组学计划负责人和该论文的高级作者Tanja Woyke的说法，Klosneuvirus的发现支持了后一种观点。“在这种情况下，较小的病毒感染了不同的真核生物宿主，并通过零碎的获取长期从独立来源中获取编码翻译机器组件的基因，”她说。

乍一看，Klosneuvirus中的“细胞”基因套件似乎有一个共同的起源，但在详细分析它们时，研究小组发现它们来自不同的宿主。从团队建立的进化树中，他们注意到它们在进化的不同阶段被病毒一点一点地获得。Klosneuvirus基因含有氨基酰基-tRNA(转移核糖核酸)酶，对20种氨基酸中的19种具有特异性，还有20多种tRNA和一系列翻译因子和tRNA修饰酶 - 这是所有病毒中前所未有的发现，包括之前的病毒已知的巨型病毒。

采取新的和意想不到的方向

JGI博士后研究员Frederik Schulz和Woyke在分析奥地利Klosterneuburg废水处理厂样品的微集落序列数据时发掘了Klosneuvirus。该数据是在DOE JGI 社区科学计划(CSP)项目下生成的，该项目的重点是在工业和污水处理中将氨转化为硝酸盐的硝化细菌的多样性。“我们期望微集落序列数据中的硝化细菌的基因组序列，”沃伊克说。“寻找一个巨大的病毒基因组使这个项目成为一个全新的，意想不到的，但却非常激动人心的方向。”

当该研究的第一作者舒尔茨注意到其中几个宏基因组起源于病毒时，他和沃伊克进行了分析以确定它们的来源。他们发现Klosneuvirus组来自与Mimiviruses有关的新型病毒谱系。

“在DOE JGI的综合微生物基因组和微生物组 (IMG / M)系统中挖掘序列数据，其中包含数千个宏基因组，使我们能够找到我们的Klosneuvirus的进化亲属，”Schulz说。他指出，虽然Klosneuviruses的宏基因组学发现有助于回答重要的进化问题，但翻译系统基因的实际生物学功能仍然难以捉摸 - 至少在这些病毒与宿主一起在实验室中生长之前。

而Koonin认为，在宏基因组数据中有更多的巨型病毒等待发现。“我非常有信心，目前巨型病毒基因组大小的记录将被打破，”他说。“我们将看到巨大的病毒世界真正的歌利亚。”

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