作者：Eleanor Nelsen，弗吉尼亞理工大學
'布朗潮病毒'是被稱為巨型病毒的一類成員。研究人員在許多巨型病毒中發現了關鍵細胞代謝循環的基因，這表明這些微生物可能以比以前認為的更多樣的方式與宿主相互作用。
在地球上的衛星照片中，當藻類種群在營養豐富的水中爆發式增長時，翠綠的雲朵在湖泊和海洋表面綻放。從空中看，藻類似乎是下面這場生態大戲的主要參與者。
但那些我們認為影響食物鏈底部的水生環境的單細胞生物可能受到了其他東西的影響：病毒，它們的基因可以重構宿主的新陳代謝。
在《自然通訊》雜誌上發表的一項新研究中，來自弗吉尼亞理工大學的一個研究小組報告說，他們在大量的 "巨型病毒 "中發現了大量的新陳代謝循環基因--細胞生命的決定性特徵--的基因集合。
巨型病毒顛覆了人們對病毒的熟悉描述。它們是微生物群中最微小的生物，只不過是一個被剝離了的生物體的外殼--只是幾個基因的DNA或RNA摺疊成一個小到需要電子顯微鏡才能看到的外殼。事實上，這種巨型病毒的大小是其更緊湊的表兄弟的十倍，並且有數百甚至數千種基因，與家族中的其他物種如此不同，以至於當第一個物種在1992年被發現時，研究人員將其視為細菌。
它們最終被正確分類，但即使在那時也被認為是一種孤立的好奇心。領導這項研究的理學院生物科學助理教授弗蘭克-艾爾沃德解釋說，常規的病毒多樣性調查往往會因為一個很樸素的原因而錯過了它們。它們太大了，以至於會被研究人員用來將病毒與細菌和其他較大的生物體分離出來的過濾器夾在其中。
但漸漸地，人們發現，這些超大的病毒無處不在，尤其是在水生環境中，它們感染藻類和原生動物等單細胞生物的數量特別多。這很重要，因為這些相對複雜的生物的新陳代謝--它們消耗的營養物質，產生的廢物，嚴重影響著它們生活的海洋和湖泊的健康，最終影響著地球的碳循環。
"它們遍佈整個生物圈。只是我們沒有真正注意到它們，"Aylward說。
Aylward在2018年新研究的主要作者、博士後研究員Monir Moniruzzaman加入實驗室後，Aylward開始關注。
"Monir是巨型病毒專家，"Aylward笑著說。"他就是不肯停止談論巨型病毒，所以最後我說，好吧，我們開始研究它們。"
從公開的元基因組數據庫(其中存儲了來自各種環境中的大量生物體的遺傳數據)開始工作，莫尼魯扎曼開始挑出屬於巨型病毒的基因組。利用已知的巨型病毒基因作為標記和數據中的模式作為線索，他拼湊出了501種巨型病毒的基因組，這些病毒大多來自海洋和淡水環境。這些基因組包含了你所期望的標準特徵--引導病毒保護殼的構建的基因，使其能夠感染和殺死宿主。
他們沒想到會有這麼多代謝基因 新陳代謝，是細胞從營養物質中提取能量的過程集合，是細胞生命的標誌，在病毒中幾乎不存在。儘管如此，這些巨大的病毒似乎擁有與活細胞中幾個關鍵代謝途徑相關的基因。
這些並不是第一批出現在病毒基因組中的代謝基因，但它們包含了許多在病毒中從未見過的功能。其他的例子是被分離出來的病毒基因，幾乎與它們的細胞對應物相同，這表明它們是在感染過程中偶然從宿主那裡獲得的，並且相對最近才被粘貼到病毒的基因組中：過去入侵的遺留物，而不是功能工具。
另一方面，Moniruzzaman和Aylward發現的基因，由熟悉的代謝途徑的大部分組成，但有自己獨特的特徵。
"這意味著病毒已經擁有這些基因幾百萬年，甚至幾十億年了，它們是病毒特有的代謝基因，"Aylward解釋道。
這表明這些基因並不只是基因的絮狀物，而是病毒部署的工作組件，因為它征服了它的宿主。在這種情況下，研究人員說，這意味著病毒正在改變細胞的新陳代謝。
"一旦病毒感染了細胞，我們就不能再把細胞當成是自己的自主實體了 ，"艾爾沃德說。"細胞生理學的基本方面在感染後被這些病毒重新佈置。"
宿主的新陳代謝的變化會改變 營養物質被消耗和釋放到環境中的平衡，使病毒對水生生物地球化學產生影響。儘管病毒不是活的，艾爾沃德解釋說，"它們每天都在顯著地改變環境中的生命歷程。"
下一步是通過實驗研究來弄清楚如何通過實驗研究來揭示這些基因是如何運作的，並與宿主的原生代謝相互作用。該團隊還將探索這些基因的進化，以確定它們是如何滑入病毒基因組，以及何時滑入病毒基因組的。
發現這些基因，擴展了我們關於巨型病毒如何影響環境的想法，對病毒學有更廣泛的意義。在不是活的東西中找到新陳代謝的構件，模糊了什麼是活的和什麼不是活的之間的區別。
"我想到了這些維恩圖，以前很少有重疊的地方，而我們學得越多，它們就越是繼續重疊，"Aylward說。"現在已經到了這樣的地步，實際上只有極少數基因只存在於細胞中，只有極少數基因只存在於病毒中。就基因組還原體而言，它們的共同點比我們實際預期的要多得多。"
Moniruzzaman懷疑，在這些基因組中潛伏著更多的驚喜，這些基因組中塞滿了他所描述的 "病毒暗物質"--這些基因在巨型病毒的研究中不斷浮出水面，但其功能仍是未知的。
"你不覺得它們很吸引人嗎？我只是覺得它們很迷人，"Moniruzzaman感嘆道。"它們只是一個神秘的袋子。它們就像一個大森林，你站在森林前，你不知道里面有什麼東西。而我覺得現在正是瞭解它的好時機。我覺得它們很神秘，這就是我的想法。"
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15507-2
新聞報道：
https://phys.org/news/2020-04-viruses-dont-metabolism-blocks.html
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