在俄勒岡州波特蘭州立大學的一個研究團隊在冒泡的火山溫泉的惡劣環境中,發現了一種新的病毒基因組,它似乎是 DNA 病毒和 RNA 病毒之間重組的產物——一種以前從未見過的天然嵌合體。他們的發現於 4 月 19 日發表在《生物學前沿》雜誌上。
病毒學家肯·斯特德曼說:“這是一種神話般的病毒野獸,但它確實存在。”他在 4 月 17 日於佐治亞州亞特蘭大舉行的美國宇航局天體生物學會議上介紹了其實驗室的發現。
斯特德曼說,在加利福尼亞州北部拉森火山國家公園沸騰泉湖的酸性水域中,細菌群落中“病毒是唯一的捕食者”。為了更好地瞭解那裡存在哪些型別的病毒,他和他的同事對湖泊樣本中的數十萬個病毒序列進行了宏基因組分析。結果包括一些意想不到的東西:一段 DNA,它編碼一種蛋白質,而這種蛋白質直到現在才在 RNA 病毒的衣殼或“頭部”中發現。透過將序列與其他遺傳片段的序列進行比較,他們得出了一個完整的病毒基因組。在該基因組中,類似 RNA 的序列與 DNA 病毒特有的複製蛋白的另一個序列相鄰。
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由此產生的單鏈環狀基因組,被稱為 BSL RDHV(沸騰泉湖 RNA-DNA 混合病毒的縮寫),似乎是兩個完全無關的病毒組之間重組事件的結果。RNA 基因並非來自能夠產生逆轉錄酶(將 RNA 轉化為 DNA 所需的酶)的病毒,因此尚不清楚 RNA 基因如何最終進入 DNA 基因組。斯特德曼說:“我們不知道它是如何發生的,但我們知道它發生了。”
斯特德曼提出了兩種可能的解釋。在一種情況下,一個 RNA 病毒、一個 DNA 病毒和一個逆轉錄病毒同時感染了同一個細胞;逆轉錄病毒使用其逆轉錄酶將 RNA 基因翻譯成 DNA 複製,後者與 DNA 病毒基因組混合在一起。如果環境中存在自由漂浮的逆轉錄酶,這種情況也可能發生。或者,一種特殊的病毒連線酶蛋白(將核酸粘合在一起)可能將不同的 DNA 和 RNA 鏈連線起來,由此產生的混合密碼然後複製到 DNA 中。斯特德曼說,這兩種情況都是可能的,儘管有點牽強。
為了瞭解其他環境中是否存在類似的病毒,該團隊篩選了全球海洋調查的序列資料庫,並發現了三個包含相同兩個基因的病毒序列。斯特德曼說:“有很多情況與 DNA 蛋白或 RNA 蛋白的序列匹配,因此可能有很多這樣的病毒存在。”“但我們無法將它們聯絡在一起,所以我們無法確定。”
宏基因組分析只能讓研究人員瞭解病毒的基因組,而不是病毒本身或其宿主。德克薩斯大學阿靈頓分校的進化遺傳學家塞德里克·費斯科特說:“這種方法的缺點是,關於在環境樣本中發現的病毒的生物學知之甚少。”“目前尚不清楚這些病毒是否是它們自己病毒組的良好代表。”斯特德曼承認這些侷限性,現在計劃透過進一步的取樣來調查這些問題。
但是,這種獨特病毒的存在表明,重組可能發生在數十億年前就已分化的譜系之間。“有人假設,遺傳系統進化的最早階段的關鍵方面涉及小型、多樣化的(達到了具有不同複製和表達策略的程度)病毒樣遺傳元件之間的猖獗重組和融合,”位於馬里蘭州貝塞斯達的美國國立衛生研究院的進化遺傳學家尤金·庫寧說。“斯特德曼的發現表明,不同病毒之間的這種重組確實會發生,並且可能是病毒進化的重要途徑。”
費斯科特說:“DNA 和 RNA 病毒之間明顯混合體的發現模糊了兩個主要病毒群體之間的傳統界限,進一步突出了病毒世界的可塑性以及病毒實體之間嵌合的無限可能性。”如果是這樣,那麼可能存在更多的嵌合體,等著病毒學家去發現它們。