病毒是生命嗎？這是一個至今仍讓生物學(xué)家頭疼的問題,。病毒具有一些生命特征,，比如它具有遺傳物質(zhì)（DNA/RNA）和蛋白質(zhì)；但它又不完全是生物,，它必須依賴別的宿主細(xì)胞才能生存,。因此目前，生物的三域分類（細(xì)菌域,、古菌域,、真核域）中并不包含病毒。主流生物學(xué)也更多地將病毒視為一種特殊介于生命與非生命之間的“類生物”,。

2月12日,，一篇發(fā)表于《自然》雜志的研究報(bào)告了數(shù)百種異常巨大的噬菌病毒，這些病毒因可以“吃”掉細(xì)菌而被稱為“噬菌體”,。研究人員發(fā)現(xiàn),，這些巨型噬菌體與全球的微生物環(huán)境息息相關(guān)；更有意思的是,，它們所具有的一些特征,，讓微生物與病毒之間的界限變得更加模糊了。

噬菌體攜帶大量通常存在于細(xì)菌中的基因,，并且能利用這些基因來對付它們的細(xì)菌宿主,。新論文中所報(bào)告的這些巨型噬菌體發(fā)現(xiàn)于一個大型的DNA數(shù)據(jù)庫,，這個數(shù)據(jù)庫中包含了來自全球近30個不同環(huán)境的DNA數(shù)據(jù)，從早產(chǎn)兒和孕婦的內(nèi)臟到青藏高原的溫泉,，從南非的生物反應(yīng)器到醫(yī)院的病房,，從湖泊海洋到地下深處……

從這些數(shù)據(jù)中，研究人員一共鑒別出了351種不同的巨型噬菌體,。加州大學(xué)伯克利分校的地球和環(huán)境科學(xué)教授Jill Banfield是這篇論文的一名合著者,，她已經(jīng)對地球上不同環(huán)境中的微生物群落研究了超過15年，她介紹說,，在研究過程中,，時(shí)常會有意想不到的事情出現(xiàn)，比如這些以細(xì)菌為獵物的巨型噬菌體就是一個例子,。

Banfield說,，噬菌體“是生物學(xué)的一部分，可我們卻對其知之甚少,。這些巨型噬菌體填補(bǔ)了噬菌體與細(xì)菌和古生菌之間的空白,。它們必然有一些成功的生存策略，是我們所認(rèn)為的傳統(tǒng)病毒和傳統(tǒng)生物體的混合體,。”

一年前,，Banfield和她的團(tuán)隊(duì)就曾報(bào)告過一些巨型噬菌體，她稱之為Lak噬菌體,，可以在人類的腸道和口腔中找到,，以腸道和唾液中的微生物為食。在新的研究中,，他們對巨型噬菌體展開了更加全面深入的研究,。除了在使用之前所積累的所有元基因組之外，他們還從全球的合作者那里獲得了新的元基因組,。這些元基因組有的來自狒狒,、豬、阿拉斯加駝鹿,、土壤樣本,、海洋、河流,、湖泊和地下水,，其中還包括一直飲用被砷污染的水的孟加拉國人。

他們鑒別出了351個長度超過200 kb（千堿基）的噬菌體基因組,，是噬菌體基因組平均長度的4倍,。他們確定了其中175個噬菌體基因組的確切長度，并且還發(fā)現(xiàn)了一個長735 kb的全基因組,。這是目前已知最大的噬菌體基因組,，幾乎是普通噬菌體的15倍,，它甚至比許多細(xì)菌的基因組都要大得多。

雖然目前研究人員尚不清楚這些巨型噬菌體中的大多數(shù)基因所編碼的究竟是什么蛋白質(zhì),，但他們識別出了那些可以編碼對核糖體來說至關(guān)重要的蛋白質(zhì)的基因。這些基因通常不存在于病毒中,，只存在于細(xì)菌或古生菌中,。

核糖體可以將信使RNA轉(zhuǎn)譯為蛋白質(zhì)，通常來說,，是否擁有核糖體和轉(zhuǎn)譯能力是生命體和非生命體的區(qū)別所在,，是區(qū)分病毒和細(xì)菌、生命和非生命的一個主要特征,。生物學(xué)家在一些巨型噬菌體中發(fā)現(xiàn)過很多這樣的轉(zhuǎn)譯機(jī)制,，因此說噬菌體讓生命和非生命的界限變得有些模糊。

除此之外,，研究人員還從這些噬菌體中發(fā)現(xiàn)了許多別的基因,，比如能將氨基酸帶到核糖體，使其整合到新的蛋白質(zhì)中的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）,，還有能用來編碼可裝載和調(diào)節(jié)tRNA的蛋白質(zhì)的基因,，以及一些可以啟動轉(zhuǎn)譯的蛋白質(zhì)基因，甚至還發(fā)現(xiàn)了一些核糖體本身的片段,。

巨型噬菌體很可能利用這些基因改變核糖體,，讓它們以犧牲細(xì)菌蛋白為代價(jià)為自身復(fù)制更多蛋白。一些巨型噬菌體還有替代的遺傳密碼,，可以編碼一種特殊的氨基酸,，從而有可能混淆解碼RNA的細(xì)菌核糖體。

○ 正在感染一個細(xì)菌細(xì)胞的巨型噬菌體（左側(cè)紅色）和正常大小的噬菌體,。巨型噬菌體會將其DNA注入宿主細(xì)胞,，通常只存在于細(xì)菌和古菌中的Cas蛋白，會操縱宿主細(xì)胞對其他病毒的反應(yīng),。| 圖片來源：Jill Banfield實(shí)驗(yàn)室 / UC Berkeley

此外,，研究人員還發(fā)現(xiàn)在這些巨型噬菌體所攜帶的DNA中，還有細(xì)菌用來對抗病毒的CRISPR系統(tǒng),。其中一種巨型噬菌體還能制造出一種類似于Cas9的蛋白質(zhì),，Bandfield的團(tuán)隊(duì)將這種小蛋質(zhì)命名為Cas?，因?yàn)樯飳W(xué)中有用希臘字母?來表示噬菌體的習(xí)慣,。

Banfield認(rèn)為,，一種很可能的情況是，當(dāng)這些噬菌體將它們的基因注入細(xì)菌之后,，病毒的CRISPR系統(tǒng)就會增強(qiáng)宿主細(xì)菌的CRISPR系統(tǒng),，讓其主要應(yīng)對其他病毒,。

研究人員將這351個巨型噬菌體分為10個新的群類，并且用論文合著者的所在國家所說的語言中,，表示“巨大”的詞來對其命名：

• 梵文：Mahaphage

• 阿拉伯語：Kabirphage,、Dakhmphage、Jabbarphage

• 日語：Kyodaiphage

• 英文（澳）：Biggiephage

• 英文（美）：Whopperphage

• 中文：Judaphage

• 法文：Enormephage

• 丹麥語：Kaempephage

○ 巨型噬菌體系譜圖,，左邊列出的是10個新發(fā)現(xiàn)的巨型噬菌體群,。| 圖片來源：Jill Banfield實(shí)驗(yàn)室 / UC Berkeley

從新的研究中，Banfield總結(jié)道：“基因組較大的噬菌體在地球生態(tài)系統(tǒng)中相當(dāng)顯著,，而不是某個生態(tài)系統(tǒng)的獨(dú)有的,。而擁有大基因組的噬菌體是相互關(guān)聯(lián)的，這意味著這些已經(jīng)建立的譜系有著很長的大基因組歷史,。擁有大型基因組是一種成功的生存策略,，而我們對這種策略仍知之甚少。”

新發(fā)現(xiàn)的很多基因都是未知的,，它們沒有既定的功能,，因此研究人員認(rèn)為，從這些巨型噬菌體中有望能找到可用于基因組工程的新工具,，使它們成為可用于工業(yè),、醫(yī)療或農(nóng)業(yè)的新蛋白質(zhì)來源。

此外,，新的發(fā)現(xiàn)還可能對人類疾病產(chǎn)生影響,。比如噬菌體與細(xì)菌的一些耐藥性有關(guān)，以人類的腸道微生物群為例,，它們可以把有害的基因帶到人體菌群中去,。“有些疾病是由噬菌體間接引起的，因?yàn)槭删w會在與發(fā)病機(jī)制和抗生素耐藥性有關(guān)的基因周圍移動,，”Banfield說,。“基因組越大，它們在這類基因周圍移動的能力就越大,，向人類微生物群落中的細(xì)菌傳遞不良基因的可能性也就越大,。”

參考鏈接：

https://news./2020/02/12/huge-bacteria-eating-viruses-narrow-gap-between-life-and-non-life/