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病毒可以被認為是超高速的變形者，它們是可以快速適應以克服感染障礙的生物體。但是，最近的研究已經在動物基因組中發現了許多古老病毒的痕跡，這些DNA插入片段可能在那裡存在的時間比之前認為的病毒存在時間要長得多。
一項新的研究描述了嗜肝DNA病毒（一個病毒組，包括乙型肝炎，它感染人類以及其他哺乳動物和鴨子）隱藏在現代鳴禽基因組中的證據。 透過追溯到這些鳥類的共同祖先，這項新研究背後的研究人員估計，這個病毒家族已經存在了至少1900萬年——甚至可能長達4000萬年——而不是研究人員之前估計的數千年。
如此原始的起源很難與這些古代片段的DNA與當前流行的病毒版本有多麼相似，以及我們對病毒快速變化能力的瞭解相吻合。“這正是我們在病毒進化中不太理解的東西，”德克薩斯大學阿靈頓分校生物學系副教授兼新研究的共同作者塞德里克·費斯科特說。“我認為這非常令人興奮。” 透過使對病毒進化的理解複雜化，新發現也有望幫助瞭解傳播動態以及病毒在不同宿主物種之間傳播的方式。
這項新研究的研究人員寫道，新的估計將嗜肝DNA病毒的平均突變率降低了約1000倍，該研究於9月28日在PLoS Biology上線上發表。
鑑於許多這項研究和其他近期基因組插入發現所暗示的大膽的病毒進化新圖景，費斯科特已經準備好迎接來自該領域的強烈反對。 但這項研究的資料看起來很可靠，弗雷德·哈欽森癌症研究中心的進化遺傳學家哈米特·馬利克說，他沒有參與這項新研究。“這項研究中存在相當高的證據負擔，”他說；“我認為作者做得非常好。”
超越逆轉錄
這些所謂的病毒化石不是礦化的遺蹟，而是儲存在現代宿主生物基因組中的基因程式碼片段。 直到最近，大多數已知的病毒基因組插入都來自逆轉錄病毒，逆轉錄病毒利用宿主細胞核進行復制——因此，與在細胞核外複製的病毒相比，意外摻入宿主基因組的可能性更高。 例如，人類基因組被認為約有 8% 的程式碼歸因於內源性逆轉錄病毒。 而7 月的一項研究，線上發表在PLoS Pathogens上，描述了脊椎動物基因組中數十個病毒程式碼的例子——其中大部分可能在那裡存在了約 4000 萬年。
就病毒而言，嗜肝DNA病毒很可能與宿主自身的遺傳物質混合在一起。 乙型肝炎是一種每年在全球範圍內導致約 60 萬人死亡的疾病，它使用 RNA 進行復制，並且病毒的遺傳物質片段經常在宿主肝細胞內被發現。
為了整合到鳥類基因組中並被傳遞數百萬年，然而，這些嗜肝DNA病毒需要將遺傳物質插入到其禽類宿主的精子或卵細胞中。 作者提出，鑑於病毒化石的時間跨度和多樣性，插入很可能發生在多個場合——可能在數百萬年的過程中。 費斯科特認為，鳥類基因組中整合了一點病毒程式碼可能賦予了對類似病毒的免疫保護。
不同的速度 現代病毒種類極其繁多。 然而，由於觀察到的快速突變率，“你可以將所有多樣性解釋為可能在 1 萬年前從共同祖先那裡產生的，”馬利克說。
在研究這些病毒的分子變化時，“你永遠不會預測會看到一個有 2000 萬年曆史的東西，它與流行的病毒如此相似，”費斯科特指出。 然而，插入的位置表明這些整合不是現代的偶然事件。
在鳥類中，病毒片段位於“完全相同的基因組位置”，研究人員在他們的論文中指出，這種發現“極不可能”在不同時間和不同物種中更近地發生。 因此，嗜肝DNA病毒反而進入了數千萬年前的共同祖先，並在隨後的數千年進化成新物種的過程中在遺傳密碼中被傳遞下來。
擴大視窗
近年來，由於基因測序技術的快速發展，古病毒學領域蓬勃發展，越來越多的驚喜從脊椎動物基因組黑暗、迄今為止鮮有探索的深處湧現出來。 費斯科特預測，在不久的將來，病毒方面的發現將會越來越多。
“任何型別的病毒都可能做到這一點，只要它們能夠感染生殖細胞，”費斯科特說。“這不會停止。 我們現在正在採摘唾手可得的果實，”他在談到病毒化石研究時說。 更多內源性病毒的新的分析研究預計很快就會發表。
費斯科特說，基因掃描還可以為病毒歷史提供一種新的、更均衡的視角。 他指出，病毒進化研究很可能受到一般選擇偏差的影響，即哪些毒株接受檢查。 大多數病毒研究物件都是現代疾病的原因——無論是在人類還是其他生物體中。 但是，研究遺傳過去“打開了一個有趣的視窗，一個我敢說，偏見少得多的視窗，來研究病毒，”他說。
費斯科特認為，大多數接受研究的病毒都表現出如此快的突變率，是因為它們最近——在過去的數千年裡——跨越到了一個新物種，並且“正處於它們的適應階段，因此我們看到它們進化得更快是有道理的。” 他指出，埃博拉病毒的存在，這種病毒對人類來說相對較新且致命，但在蝙蝠中似乎已經存在了更長時間，而且幾乎不會讓它們生病。 但是，進行更廣泛的病毒歷史調查可以提供更具代表性的病毒如何在其宿主中和與其一起進化的圖景。
馬利克並不完全相信這種解釋，他指出，出乎意料的慢平均突變率可能與宿主遺傳學而非病毒遺傳學關係更大。 但是，許多這些不確定性可能會透過實驗室的進一步研究來解答，評估甚至復活這些已滅絕的病毒。
“這些是DNA化石，我們總是可以重新組合並復活已滅絕的物種，”費斯科特說。“我知道這聽起來很可怕，像科幻小說一樣，”他補充說，“但這確實可以回答有關病毒生物學的問題。”
費斯科特解釋說，其他研究人員可能不得不為化石骨骼而絞盡腦汁，並無限期地爭論一個原始人是否直立行走。 但是，有了擺在他們面前的已滅絕病毒的遺傳物質，研究人員可以在實驗室中重建它。 馬利克趕緊指出，這個過程（“在一個高度保護的環境中完成”）最終可能會“向我們揭示為什麼這些宿主能夠在這種插入中生存和繁榮，”馬利克說。