病毒暗物质:巨病毒具有代谢基因 - 即使病毒没有新陈代谢

AaV病毒颗粒

“褐潮病毒”是一种被称为巨型病毒的病毒。研究人员在许多巨型病毒中发现了关键细胞代谢周期的基因,这表明这些微生物可能以比以前认为的更多样的方式与宿主相互作用。资料来源:德州大学埃尔帕索分校肖川和冼月姣博士。

弗吉尼亚科技研究人员发现了巨型病毒基因组中细胞代谢循环的基因。

在地球的卫星照片中,作为藻类种群在营养丰富的水中爆炸的湖泊和海洋表面上的明亮绿色绽放的云。从空中,藻类似乎是生态戏剧中的主要球员在下面展开。

但是,我们对食物链基部的水生环境信任的那些单细胞生物可能受到其他东西的影响:基因可以重新配置其宿主的新陈代谢的病毒。

在发表的新研究中自然通讯弗吉尼亚科技的研究团队报道,他们已经发现了一种大量的代谢循环基因 - 一种定义细胞生命的特征 - 在广泛的“巨型病毒”中。

巨型病毒扰乱了关于病毒的熟悉的叙述:他们是微生物组的最小的德尼斯,不仅仅是一个有机体的剥离稻壳 - 只是几个基因的价值脱氧核糖核酸或者RNA.折叠成一个很小的壳,只有电子显微镜才能看到。事实上,这种巨型病毒的体积是它们更为紧密的表亲的十倍,拥有数百甚至数千个基因,与这个家族的其他成员如此不同,以至于当1992年第一个物种被发现时,研究人员认为它是细菌。

它们最终被正确分类,但即使在当时也被认为是一种孤立的珍品。弗兰克•Aylward生物科学学院的助理教授科学,领导这项研究,解释说,常规的调查病毒多样性常常想念他们平淡的原因:他们这么大,他们被抓到在过滤器的研究人员使用单独的病毒细菌和其他更大的生物。

但渐渐地,很明显,这些超大病毒无处不在 - 在水生环境中尤其丰富,在那里他们感染藻类和原生动物等单细胞生物。这是重要的,因为那些较复杂的生物的新陈代谢 - 他们消耗的营养成分,它们产生的浪费 - 严重影响他们所居住的海洋和湖泊的健康,最终是地球的碳循环。

“它们遍布整个生物圈。只是我们没有真正注意到它们。”

在新学习的牵头教师Monir Moniruzzaman博士后,Aylwark开始关注2018年的实验室。

“Monir是病毒专家,”艾尔沃德笑着说。“他不停地谈论巨型病毒,所以最后我说,好吧,我们开始研究它们。”

从公开可用的Metagenome数据库工作,从各种环境中从大量的生物体中容纳遗传数据的困境,Moniruzzaman开始梳理属于巨型病毒的基因组。使用已知的巨型病毒基因作为数据的标记和模式作为线索,他拼凑在一起501个巨大病毒的基因组,主要来自海洋和淡水环境。这些基因组包含您预期的标准特征 - 指导病毒保护壳的构建的基因,使其让它感染并杀死其主体。

他们没想到会看到这么多代谢基因。代谢,即细胞从营养物质中提取能量的过程的收集,是细胞生命的一个特征,几乎没有病毒的定义。然而,这些巨型病毒似乎拥有与活细胞中几个关键代谢途径相关的基因。

这些不是在病毒基因组中出现的第一种代谢基因,但它们包括在病毒中从未见过的许多功能。其他实例已被分离出与其细胞对应物几乎相同的病毒基因,这表明它们在感染期间偶然从宿主获得并粘贴到病毒的基因组中,并粘贴到病毒的基因组中:味道过去而不是功能工具的归档。

另一方面,Moniruzzaman和Aylward发现的基因包含了大部分熟悉的代谢途径,但它们有自己独特的特征。

Aylward解释说:“这意味着病毒拥有这些基因已经有数百万年,甚至数十亿年了,而且它们是病毒特有的代谢基因。”

这表明,这些基因不仅仅是基因碎片,而是病毒在控制宿主时发挥作用的组成部分。研究人员说,在这种情况下,这意味着病毒正在改变细胞的新陈代谢。

艾尔沃德说:“一旦病毒感染了一个细胞,我们就不能再把细胞看作是自己独立的实体。”“细胞生理学的基本方面在感染时被这些病毒重新连接。”

宿主新陈代谢的变化可以改变所消耗和释放到环境中的营养成分的平衡,使病毒摇摆在水生生物中化学。yabovip2021尽管病毒并不活跃,但艾略尔沃德解释说:“他们在环境中每天都在重大改变生活的过程。”

下一步是通过使用实验研究来计算如何帮助揭示这些基因的功能和与宿主的本土代谢相互作用的实验研究。该团队还将探讨这些基因的演变,以确定它们如何滑入病毒基因组,以及何时。

发现这些基因,它延伸了我们关于巨型病毒如何影响其环境的想法,对病毒学具有更广泛的影响。在某些东西中寻找代谢的构建块,这些模块在不活着的东西中,没有什么是活着的东西和什么不是。

“我想到了这些Venn图表,它曾经是那里的重叠很小,我们所学的越多,他们越越来越重叠,”Aylwark说。“现在它已经得到了实际上只有在细胞中发现的很少的基因,并且在病毒中只发现的很少的基因。就基因组曲目而言,它们的共同之处比我们实际期望的更多。“

Moniruzzaman怀疑在这些基因组中隐藏着更多的惊喜,这些基因组充满了他所说的“病毒暗物质”——这些基因不断出现在大型病毒的研究中,但其功能仍然未知。

“难道你不认为他们是迷人的吗?我只是认为他们是迷人的,“Moniruzzaman Marvels。“他们只是一袋神秘。他们就像一个大森林,你站在森林前,你不知道它是什么。而且我认为这是理解它的正确时间。我认为他们是神秘的,这就是我的想法。“

参考文献:“全球分布的巨型病毒的动态基因组进化和复杂的病毒细胞代谢”,作者:Mohammad Moniruzzaman、Carolina A. Martinez-Gutierrez、Alaina R. Weinheimer和Frank O. Aylward, 2020年4月6日,自然通讯
DOI: 10.1038 / s41467 - 020 - 15507 - 2

这项研究得到了关键技术和应用科学研究所的青年教师奖的部分支持。Aylward是隶属于弗拉林生命科学研究所的全球变化中心的教员。

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