海洋中发现前所未“见”的病毒

2022-08-13 15:13

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隐匿在浩瀚海洋中的一种病毒一直没有被人们发现,因为它具有无法被标准测试方法检测到的特征。近日,麻省理工学院(MIT)和阿尔伯特爱因斯坦医学院成功地分离出了这类病毒,并对其中一些具代表性的病毒进行了研究。这些病毒提供了关于病毒进化的关键线索,对调节细菌种群具有重要作用。

病毒是细菌的主要捕食者,研究结果表明,目前关于细菌病毒多样性的观点存在重要的盲点。这些结论是在研究人员们对海洋样本进行详细分析之后得出的,研究人员包括MIT的博士后Kathryn Kauffman,土木与环境工程教授Martin Polz,阿尔伯特爱因斯坦医学院的Libusha Kelly教授,以及另外9名研究人员。该结果24日发表在《Nature》上。

这些新发现的病毒没有“尾巴”,而这种尾巴存在于大多数编目且测序的细菌病毒上。这些病毒还有一些其他不常见的特征,是在过去的研究中没有被发现的。研究人员将这种新病毒命名为Autolykiviridae。这是古希腊神话中的一个人物,在神话故事中他非常难被抓住。与只以一或两种细菌为捕食对象的普通病毒不同,这些无尾变种可以感染数十种不同的类型,通常是不同的物种,从而强调了它们的生态相关性。

被无尾病毒感染的海洋细菌,其细胞壁是长双线,病毒是中心为黑色的点状物。

南加利福尼亚大学的海洋生物专家Jed Fuhrman没有参与这项研究,他说:“该研究为我们理解海洋病毒的作用开辟了新的道路。从实用的角度讲,该研究表明,我们需要改变某些常用的方法,以捕获这些类型的病毒用于不同的研究。我认为该研究在这个领域内是一个重要的进步。”

Kauffman解释说,目前的病毒-细菌相互作用环境模型基于已被人们透彻研究的有尾病毒,所以我们很可能忽略了自然界中发生这种互动作用的重要方面。

Kauffman博士

Kauffman说:“我们已经知道,病毒对于海洋的表面来说非常重要。研究人员从海洋表面获取样本,每毫升海水中存在大约1000万个病毒。” Polz说,虽然实验室中研究的大部分病毒都有尾巴,但是海洋中的大部分病毒都没有尾巴。所以,研究人员决定对其中一种无尾病毒的亚群进行研究,这种病毒能够感染一类名为弧菌的细菌。经过了广泛的测试之后,他们发现,这些病毒感染了异常多的宿主。

在对Autolykiviridae病毒中具有代表性的病毒进行测序之后,研究人员发现,它们的基因组与其他病毒非常不同。首先,他们的基因组非常短,大约10000个碱基对,而对于有尾病毒这个数字通常是40000至50000。Polz称,他们对这个发现感到非常惊讶。

获得这些新的序列信息之后,研究人员能够对数据库进行梳理,发现这类病毒存在于很多地方。该研究还表明,这些病毒往往在数据库中的代表性不足,是因为样本通常在实验室中处理。研究团队用于从环境样本中获取病毒的方法可以帮助他们避免信息丢失。此外,Kauffman说,研究人员测试病毒活性的通常方法是使用病毒样本感染细菌,一天之后再检查样本以寻找细菌被杀死的迹象。但这些特殊的无尾病毒往往行动缓慢,细菌被杀死的区域需要过好多天才会出现,所以在大部分的研究中,这些病毒的出现都没有被注意到。

这类新病毒的分布可能非常广泛。Polz说:“我认为它们不仅仅存在于海洋中。这种病毒甚至可能在人类生物群落中普遍存在,他们可能在主要的生物地球化学循环中发挥作用,如碳循环。”

这些发现的另一个重要方面是,Autolykiviridae被证明是一种古老病毒谱系的成员。这种病毒谱系根据衣壳种类(包裹病毒DNA的蛋白壳)定义。尽管这种病毒谱系在动物和原生生物中非常不同(能够感染人类的腺病毒,感染藻类的巨型病毒),但很少发现这种病毒感染细菌。

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