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巨型病毒有獨特基因 或早在數百期年前演化 可控制活細胞新陳代謝

2020/4/14 — 16:13

巨型病毒是本世紀才首次被發現的,但近年許多的研究,都挑戰了我們長久以來對病毒的假設論說,例如病毒是否實際上應被視為生物,因為這些巨型病毒被發現可製造全部標準胺基酸的基因編碼部份基因甚至未在其他生物中發現過

最新刊於《自然通訊》的維珍尼亞理工大學研究再顯示,巨型病毒有更多僅在活細胞中才能看到的特徵,再燃起病毒演化、起源,甚至是否為生物之爭。

一般病毒只有 10-300 納米長,比細菌都要微型。但近年,在世界各地開始發現巨型病毒,除了比某些細菌還大之外,它們攜帶比正常病毒甚至部份細菌更多的基因。過去,巨型病毒通常都出現於有水的環境之中。我們對巨型病毒的了解越多,我們似乎所提出的問題也就越多。

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領導研究的微生物生態學家 Frank Aylward 指,過去認為病毒與其他生物特徵的重疊性很少,但隨著知道的更多,重疊性就越多;就基因而言,病毒與其他生物之間的共同性比我們預期的多得多。

團隊對病毒多樣性進行調查,篩選了包含大量基因數據的公開元基因組數據庫,當中有 501 種不同巨型病毒被視為核質巨 DNA 病毒 (nucleocytoplasmic large DNA viruses, NCLDVs) ,而牠們主要來自水生環境。

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團隊除了找到病毒衣殼 (capsid) 和病毒感染性等過程的預期基因外,研究小組還發現這些巨型病毒還具有涉及細胞代謝各方面的大量基因,包括吸收營養,收集光和氮代謝等。

團隊指,此前在其他病毒中也找到代謝基因,但是次的發現完全不同:過去的研究認為, NCLDVs 是通過基因水平轉移 (horizontal gene transfer) 才從其他細胞獲取所需基因,不是從上代遺傳而來;其他病毒則可能偶然從宿主獲取基因。然而,團隊發現了巨型病毒代謝基因的演化歷史比想象中更久遠,有數百萬年甚至數十億年,而且是獨有的基因,表明病毒與宿主之間存在著長期關係。

Aylward 補充,一旦病毒感染細胞,我們就不能再將細胞視為其自主實體,病毒會改變細胞的基本生理學。換言之,巨型病毒及其古老祖先可能與細胞有機體並存,不僅在生物的細胞內複製,而且一直在對其代謝過程產生看不見的直表影響。

報告指,病毒在歷史上一直被視為細胞生命的附屬品,學界一直只專注了解病毒如何影響宿主死亡率,從而分析其對生物地球化學循環有何作用,但並無研究任何病毒的直接代謝活動。

未來,團隊希望進行實驗,了解宿主新陳代謝如何受到巨型病毒以及表面上攜帶的病毒基因影響新陳代謝過程。

來源:
Science Alert, Giant Viruses Carry Genetic Code That May Control The Metabolism of Living Things, 9 April 2020

報告:
Moniruzzaman, M., Martinez-Gutierrez, C.A., Weinheimer, A.R. & et al. (2020). Dynamic genome evolution and complex virocell metabolism of globally-distributed giant viruses. Nat Commun 11, 1710. doi: 10.1038/s41467-020-15507-2

文/Alan Chiu 

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