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在污水中发现的巨型病毒模糊了生命与非生命之间的界限

Klosneuvirus 的基因组赋予它比许多病毒亲属更大的自主性。

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新发现的 Klosneuvirus 的艺术渲染图来源:NIH/Ella Maru studio

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在大多数生物学教科书中,细胞生物的三大域——细菌域、古菌域和真核域——与病毒之间有着清晰的区分。这条鸿沟通常也被认为是生命与非生命的分界线:由于病毒依赖宿主机制来执行代谢转化和复制,它们不具备自给自足的能力,通常不被认为是生命实体。

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然而,过去十年中几项关于巨型病毒的发现模糊了这一界限。一些病毒比典型的微生物(如大肠杆菌)更大,基因数量也更多。在科罗拉多州 Rifle 的过滤地下水中检测到的超微型细菌正在从另一端推动这一界限的移动,形成了一个病毒-微生物连续体,区分它们变得不再那么直接。其中一个引人入胜的解读是:巨型病毒可能预示着生命的第四个域。

弗雷德里克·舒尔茨 (Frederik Schulz) 在能源部联合基因组研究所领导的一项最新研究进一步模糊了病毒-微生物的界限。在组装来自奥地利克洛斯特新堡污水污泥的宏基因组时,舒尔茨发现了几个基因,这些基因都映射到同一种未知的病毒,而这些基因直到现在才与自由生活的细胞相关联。

这种被称为 Klosneuvirus 的颗粒仍然是一种病毒,鉴于其其他的基因和外壳,但其 157 万个碱基的基因组赋予它比许多病毒亲属更大的自主性。最值得注意的是,它们拥有相对完整的蛋白质制造机制,这将减少对宿主细胞的依赖。例如,大多数病毒缺乏氨酰-tRNA 合成酶,这种酶会将氨基酸运载到转移 RNA 分子上;然后这些分子会到达核糖体,放下它们的货物来根据氨基酸链构建蛋白质。虽然一些先前发现的巨型病毒拥有 20 种氨酰-tRNA 合成酶中的七种,但 Klosneuvirus 却拥有 19 种,这使其在蛋白质合成方面几乎完全独立于宿主的参与。(值得注意的是,自主性也不是细胞生命的必要条件:许多微生物是“营养缺陷型”,这意味着它们需要外部有机物的输入——通常是氨基酸——才能生存。)

那么,这种复杂的、打破规则的巨型病毒是否真的是传说中的第四个生命域的标志?为了找出答案,该团队将 Klosneuvirus 的氨酰-tRNA 合成酶序列与生命之树中其他形式的酶进行了比较。结果五花八门,每种合成酶都显示出与不同生物(主要是藻类)最相似。用科学期刊中夸张的语言来说,舒尔茨指出,“这些发现与第四个生命域的假说不符……而是暗示了巨型病毒对这些基因的零散获取。”这些合成酶似乎不是从同一个分支点、在同一个生物体内共同进化的;相反,它们是被一种机会主义病毒收集并整合到一个日益成熟的代谢网络中的。

正如以往的巨型病毒发现所表明的那样,Klosneuvirus 很可能只是对生命之树进行更彻底重构的开始。在奥地利污水处理厂的有趣发现之后,舒尔茨寻找了来自世界各地先前获得的宏基因组中潜伏的类似病毒的基因组。他找到了另外三个——这足以提出一个新的亚科,即 Klosneuvirinae——这是连接病毒和细胞生命三大域的最新链条。

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