上周发表在《自然》杂志上的一项研究似乎为病毒可能是活物的这一争议性论点增添了又一证据。塔夫茨大学医学院的科学家们发现了一种病毒,它能够劫持宿主的免疫系统,并利用它来消灭宿主。
要被认为是真正的“活物”,一个生物体需要拥有基因组,能够生长并通过复制繁衍,并且能够进化,即在连续的世代中适应其环境。人类就是活物,因为我们表现出所有这些能力。

长期以来,科学家们认为病毒——那些只能在活生物体内复制的感染性物质的小包装——是原始的 DNA 和 RNA 颗粒,称为“生物实体”。因此,不是活的。

适应性免疫系统是真正的活物所拥有的东西:通过连续的复制,免疫细胞能够对体内的新进入者发展出攻击,并且它们可以将这些防御的记忆传递给后代的细胞。
细菌通过一种称为 CRISPR/Cas 的系统表现出这种免疫记忆,CRISPR 是一个迷你基因库,Cas 是一组基因,它会捕获入侵病毒的 DNA 片段,将其存储在迷你基因库中,并将其用作未来遭遇病毒时的免疫监视和攻击的蓝图。它基本上利用病毒 DNA 中编码的病毒最深层的秘密来对抗病毒,这在基因组学上是存在的。而且它可以将这些知识传递给后代的细菌。这在我们以前的认知中并不是病毒的能力。

近一个世纪以来,科学家们一直知道存在感染引起霍乱的细菌(称为霍乱弧菌)的病毒,早期报告表明这类病毒可以通过摧毁细菌来阻止霍乱的爆发。感染细菌的病毒称为噬菌体(或简称噬菌体)。它们具有独特的登月舱式设计,并通过注射将它们的货物输送到细菌内部。

为了探究感染霍乱的噬菌体是如何工作的,塔夫茨大学的研究团队着手研究一种名为 ICP1 的噬菌体家族。第一作者 Kimberley Seed 分析了过去十年里从孟加拉国霍乱患者粪便样本中提取的噬菌体的 DNA 序列。
她发现的现象是前所未有的:在噬菌体内部发现了一整套细菌的 CRISPR/Cas 基因。这一点非常 remarkable,因为它表明细菌和噬菌体之间发生了大段 DNA 的转移,甚至是一个复杂的交换,如同转移整个免疫系统。据信,ICP1 噬菌体在十多年前,或许更早的时候,通过感染含有 CRISPR/Cas 系统的霍乱菌株(奇怪的是,它们现在已经没有了)而获得了 CRISPR/Cas 基因。
有趣的是,在噬菌体的 CRISPR/Cas 迷你基因库中存储着来自霍乱细菌的 DNA 片段——其最深层的秘密。这表明噬菌体利用宿主免疫系统的蓝图来对抗宿主霍乱细菌。
为了验证这一点,Seed 用不含被盗免疫系统的改良病毒感染了细菌。 unarmed 的病毒大部分被摧毁了。但随着时间的推移,一些病毒设法修改了其 CRISPR 基因的 DNA,然后再次关闭了宿主的防御。这些“适应性”噬菌体能够轻松地杀死霍乱细菌。

科学家们希望有一天能够开发出噬菌体疗法来对抗超级细菌,这些抗生素耐药细菌是近年来致命细菌爆发的罪魁祸首。噬菌体可能能够领先于细菌的进化,因为至少在这种情况下,它们可以快速适应新的细菌威胁。它们在进化军备竞赛中胜过细菌的能力,可能使它们比抗生素更适合在耐药情况下对抗细菌。
因此,尽管病毒仍然在“生物实体”和“真正活物”之间摇摆不定,但拥有可以在连续世代中进化的适应性免疫系统无疑支持了“活物”理论。它没有产生自身免疫系统的基因组,但这确实引发了一个问题:“偷窃”一个免疫系统在生物学上是否同样令人印象深刻?
感谢 Carl Zimmer 和 Andrew Camilli 的反馈和见解。













