Nature | 花样病毒如此多娇

Nature | 花样病毒如此多娇

Nature | 花样病毒如此多娇

Nature | 花样病毒如此多娇


作者 | 中科院Rhyme Z.


自2020年初以来,人们一直专注于一种特别讨厌的病毒SARS-CoV-2,但仍有大量其他的病毒等待被发现。科学家估计,在一段时间内,仅海洋中就有大约1031个单独的病毒粒子,是已知宇宙中恒星估计数量的100亿倍。正如新冠肺炎大流行提醒我们的那样,了解可能从一个宿主跳到另一个宿主,威胁我们、我们的动物或我们的作物的病毒非常重要。


在过去的十年里,随着技术的进步,已知和命名的病毒数量激增。仅在2020年,国际病毒分类委员会(ICTV)就在其官方名单上增加了1044个物种,还有数千个物种等待描述和命名。


2021年6月30日,Nature发表了题为《Beyond coronavirus: the virus discoveries transforming biology》的新闻报道。作者表示,无处不在的病毒也不全是坏的,科学家们正在识别和分类这个星球上数以百万计的病毒,以及它们对全球生态系统的贡献。


Nature | 花样病毒如此多娇


病毒无处不在


所有病毒都有两个共同点:每种病毒都将其基因组包裹在基于蛋白质的外壳中,每种病毒都依赖其宿主——无论是人、蜘蛛还是植物——来繁殖自己。但除了这种普遍模式之外,还有无尽的变化。


有只有两个或三个基因的微小圆环病毒,也有比某些细菌大并携带数百个基因的巨大假病毒;有看起来像月球着陆器会感染细菌的噬菌体,当然,还有世界现在痛苦地熟悉的致命刺球;有的病毒将基因储存为DNA,也有病毒使用RNA,甚至有一种噬菌体使用了另一种基因字母表,用Z取代了标准ACGT系统中的化学碱基A。


微生物学家Frederik Schulz在2015年研究废水中的基因组序列寻找细菌时,突然发现了一个巨大的病毒基因组。此后,他决定在宏基因组数据中集中搜索相关病毒。2020年,在一篇论文中,他和他的同事描述了包含巨型病毒的群体中的2000多个基因组;在此之前,只有205个这样的基因组被保存在公共数据库中。


宏基因组学发现了大量病毒,但也忽略了许多病毒。RNA病毒没有在典型的宏基因组中被测序,所以微生物学家Colin Hill和他的同事们在称为宏转录组的RNA数据库中寻找它们。研究小组利用计算技术从数据中提取序列,从污泥和水样中的宏转录组中发现了1015个病毒基因组。同样,他们用一张纸就大大增加了已知病毒的数量。


尽管这些技术有可能意外组装出不真实的基因组,但研究人员有质量控制技术来防止这种情况。但是还有其他盲点。例如,成员非常多样化的病毒物种极难找到,因为计算机程序很难将完全不同的序列拼凑在一起。


另一种方法是一次对一个病毒基因组进行测序,就像微生物学家Manuel Martinez-Garcia所做的那样。他决定尝试让海水通过一台分选机来分离单个病毒,放大它们的DNA,然后开始测序。在第一次尝试中,他发现了44个基因组。其中一个代表了海洋中最丰富的病毒。这种病毒非常多样化,它的基因拼图在不同的病毒颗粒之间变化非常大,以至于它的基因组从未出现在宏基因组学研究中。


病毒家谱

最初的ICTV病毒分类完全独立于细胞生命家谱,只包括进化层次的较低层次,从种和属到目,没有更高的水平。还有许多病毒家族独自漂浮,与其他种类的病毒没有联系。所以在2018年,ICTV增加了更高阶的等级:classes、phyla和kingdoms。在最顶端,它发明了“realms”,意在与细胞生命的“域”——细菌、古细菌和真核生物——相对应。

ICTV勾勒出了这棵树的分支,并将基于RNA的病毒归入一个名为核糖病毒的域,具有单链RNA基因组的新型冠状病毒和其他冠状病毒都属于这一域。接下来就要由更广泛的病毒学家群体来提出进一步的分类群了。进化生物学家Eugene Koonin组建了一个团队,分析所有病毒基因组以及病毒蛋白质的最新研究,以创建一个初稿分类单元。他们重组了核糖病毒,提出了另外三个域,并推测最终这些领域可能会达到25个。

这个数字支持了许多科学家的怀疑——病毒种类没有一个共同的祖先。Koonin认为,所有病毒都没有单一的根源,它根本不存在。这意味着病毒可能在地球生命史上出现过很多次,并且没有理由认为这种出现不会再次发生。病毒学家表示,新病毒的起源仍在继续。

至于域是如何产生的,病毒学家有几个想法。也许它们是在地球上生命出现之初,甚至在细胞形成之前,由独立的遗传元素进化而来的;也许他们从整个细胞中逃脱或“转移”,抛弃了大部分细胞机制,过上了最简单的生活。Koonin支持一种混合假说,即那些原始遗传元素从细胞生命中窃取基因来构建它们的病毒颗粒,因为病毒有多种起源,它们可能有多种起源方式。

病毒改变世界

由于地球上病毒的总质量相当于7500万头蓝鲸,科学家们确信它们会对食物网、生态系统甚至地球大气层产生影响,但科学家们仍在努力量化它们的影响有多大。

在海洋中,病毒可以从它们的微生物宿主中爆发出来,释放出碳,被其他吃宿主内脏的生物回收,然后产生二氧化碳。但是最近,科学家们也开始意识到,破裂的细胞通常会聚集在一起,沉入海底,将碳从大气中隔离出来。在陆地上,融化的永久冻土是碳的主要来源,病毒似乎有助于该环境中微生物释放碳。

病毒还可以通过搅动其他生物的基因组来影响它们。例如,当病毒将抗生素抗性基因从一种细菌转移到另一种细菌时,耐药菌株可以接管。随着时间的推移,这种转移会在种群中产生重大的进化变化。不仅仅是在细菌中——估计有8%的人类基因来自病毒。例如,我们的哺乳动物祖先从一种病毒中获得了胎盘发育所必需的基因。

对于许多关于病毒生活方式的问题,科学家需要的不仅仅是基因组,他们还需要找到病毒的宿主。病毒本身可能携带线索:例如,它可能在自己的基因组中携带了一点可识别的宿主遗传物质。进化生态学家表示,为了了解病毒的全部影响,科学家需要弄清楚它是如何改变宿主的。

对于病毒来说,找到它们其实很容易,但区分病毒如何影响宿主生命周期和生态要复杂得多。但首先,病毒学家必须回答一个最棘手的问题,你如何选择研究哪个?

原文链接:https://www.nature.com/articles/d41586-021-01749-7


Nature | 花样病毒如此多娇
END
版权声明/免责声明
本文为授权转载作品,仅供感兴趣的个人谨慎参考,非商用,非医用、非投资用。
欢迎朋友们批评指正!衷心感谢!
文中图片为授权正版图片,或来自微信公共图片库,或取自网络
根据CC0协议使用,版权归拥有者。
任何问题,请与我们联系。衷心感谢!
Nature | 花样病毒如此多娇

Nature | 花样病毒如此多娇

推荐阅读

Nature | 花样病毒如此多娇Nature | 花样病毒如此多娇
Nature | 花样病毒如此多娇点击这里,欣赏更多精彩内容!

本篇文章来源于微信公众号:药时代

发布者:药时代,转载请首先联系contact@drugtimes.cn获得授权

分享本页
返回顶部