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研究人员发现病毒进化中的缺失链接

1970-01-01 作者:admin   |   浏览(21)

在本研究中研究的感染了无尾病毒的海洋细菌的电子显微镜图像。细菌细胞壁被看作长双线,病毒是具有黑色中心的小圆形物体。由研究人员提供

支配世界海洋水样的一种病毒长期以来一直逃脱分析,因为它具有标准检测无法检测到的特征。然而,麻省理工学院和阿尔伯特爱因斯坦医学院的研究人员现在设法分离和研究这些难以捉摸的病毒的代表,这些病毒在病毒进化过程中提供了一个关键的缺失环节,并在调节细菌种群方面发挥重要作用。

病毒是细菌的主要捕食者,研究结果表明目前对细菌病毒多样性的观点存在一个主要的盲点。这些结论是通过对麻省理工学院博士后凯瑟琳考夫曼,民间和环境工程教授马丁波尔兹,阿尔伯特爱因斯坦医学院的Libusha Kelly教授等9人领导的海洋样本进行的详细分析而出现的。结果本周在“自然”杂志上发表。

新发现的病毒缺乏大多数编目和测序细菌病毒的“尾巴”,并且还有其他一些不寻常的特性,导致他们被以前的研究忽略。为了纪念这一事实,研究人员将这个新组织命名为 em Autolykiviridae / em - 之后是一位来自希腊神话中的人物,因为难以捕捉。而且,与仅仅捕获一种或两种细菌的​​典型病毒不同,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,突出了它们的生态相关性。

这项研究“为进一步理解病毒在海洋中的作用开辟了新的途径,”南加州大学海洋生物学教授麦克洛克 - 克罗斯比(Jed Fuhrman)说,他没有参与这项工作。他说:“从实际意义上说,它也表明我们需要改变一些常用的方法,以便为各种研究捕获这些病毒。”他说。 “我认为这是该领域的重大进步。”

Kauffman解释说,目前的病毒 - 细菌相互作用环境模型是基于经过深入研究的尾状病毒,所以它们可能会遗漏发生在自然界的相互作用的重要方面。

图表显示了海洋病毒与它们感染的细菌株之间的关系。在圆形边缘周围显示不同的细菌菌株,颜色指示不同的物种。带尾病毒显示为蓝色圆圈,无尾病毒显示为橙色圆圈。每种病毒通过系连接到它们可以感染的细菌的种类,表明无尾变种各自感染的种类远多于尾部种,这通常只感染一种或两种菌株。由研究人员提供

“我们已经知道病毒在那里非常重要,”考夫曼说,指的是海洋表面,研究人员抽取样本,每毫升水中发现约1000万病毒。 Polz说,虽然“实验室研究的大部分病毒都有尾巴,但海洋中的大部分病毒都不会。”因此,研究小组决定研究一种无尾病毒的子集,这种病毒感染一组称为“Vibrio ; / EM取代。经过大量测试后,他们发现“其中一些感染了异常大量的宿主”,他说。

Polz表示,在测序 em Autolykiviridae / em代表后,研究人员发现“他们的基因组与其他病毒完全不同。首先,他们的基因组非常短:大约10,000个碱基,而典型的40,000-50,000个尾部病毒。 “当我们发现时,我们很惊讶,”他说。

随着新的序列信息,研究人员能够梳理数据库,发现这种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高,因为样本通常在实验室中处理。该团队开发的从环境样本中获取这些病毒的方法可以帮助研究人员避免将来出现这种信息损失。此外,考夫曼说,通常研究人员检测病毒活性的方式是用病毒样本感染细菌,然后在一天后检查样本以寻找已经杀死细菌斑块的迹象。但是这些特殊的无尾病毒往往行动缓慢,直到几天过后,这些被杀死的地区才会出现 - 所以在大多数研究中他们的存在从未被注意到。

新的病毒组可能特别广泛。 “我们认为它根本不是特定的海洋,”波尔兹说。例如,这种病毒甚至可能在人类生物群落中普遍存在,并且他们可能在主要的生物地球化学循环中发挥作用,他说,例如碳循环。

这些发现的另一个重要方面是 em Autolykiviridae / em被证明是由特定类型的衣壳定义的古老病毒谱系的成员,所述壳体包裹病毒DNA。尽管已知这种血统在动物和原生生物中非常多样化,并且包括病毒,如感染人类的​​腺病毒和感染藻类的巨型病毒,但很少发现这种病毒感染细菌。

“这项工作通过显示小型无尾病毒的内容......与被认为主宰病毒体的尾状病毒的内容相当,大大改变了现有关于海洋六价体组成的想法,”Eugene V. Koonin说。 ,国立卫生研究院的一位高级研究员,他没有参与这项研究。 “这项工作对于理解病毒世界的进化也很重要,因为它表明,至少在衣壳结构方面,与真核生物最常见的病毒(如腺病毒,痘病毒等)有关的病毒更广泛在原核生物中的扩散比以前怀疑的要多。“

Koonin补充说:“我进一步想知道这里报道的病毒是否仅仅代表了冰山一角,因为衣壳蛋白的序列可能高度分歧,因此即使在敏感的数据库搜索中也会漏掉许多病毒。这一发现也具有实际意义,因为无尾病毒似乎在海洋中扮演重要的生态角色,负责杀死大部分细菌。“

这项工作得到了国家科学基金会和伍兹霍尔海洋研究所的海洋风险投资基金的支持。

出版物:Kathryn M. Kauffman等,“作为未识别的海洋细菌杀手的无尾双链DNA病毒的主要谱系”,Nature,2018; DOI:10.1038 / nature25474

资料来源:麻省理工学院新闻办公室David L. Chandler