你是否曾经想过,让你感冒的病毒是否也会感染病毒自己?是的,病毒确实也会“生病”。更妙的是,正如因果报应一般,罪魁祸首竟然是其他病毒。
当病毒入侵细胞后,它要么进入休眠状态,要么立即开始复制。在复制时,病毒基本上占领了细胞的分子工厂,制造了大量自我复制,然后冲出细胞,释放新的病毒。
有时候,当病毒进入细胞后,会发现这里已经是另一个休眠病毒的家。此时,它们就要开始争夺细胞控制权的战斗,任何一方都可能获胜。但有时候,病毒进入细胞后会发现一个令人震惊的事实——一个病毒正在等待“捕食”进入细胞的病毒。这种病毒之间的关系(卫星病毒与辅助病毒)其实并不罕见,
然而,一项最新研究发现了一种前所未见的全新现象——一种病毒“咬”在另一种病毒的“脖子”上,就像神话中的“吸血鬼”那样。
近日,马里兰大学巴尔的摩分校的 Ivan Erill 团队在 The ISME Journal 期刊发表了题为:Simultaneous entry as an adaptation to virulence in a novel satellite-helper system infecting Streptomyces species 的研究论文。
该研究首次观察到并描述了一种全新的病毒关系——一种卫星病毒始终依附在辅助病毒的“脖子”上(病毒衣壳与尾部连接处)。研究团队表示,该研究发现的卫星病毒MiniFlayer进化出了一个短小的附肢,使其能够像吸血鬼一样“咬”在助手病毒MindFlayer的“脖子”上。
这种卫星病毒-辅助病毒之间的复杂、相互交织、甚至具有掠夺性的关系,有可能为抗病毒治疗开辟新的途径。
论文第一作者 Tagide deCarvalho 表示,当看到这种现象时,我简直不敢相信。因为之前没有人见过噬菌体(抑或是任何其他病毒)附着在另一个病毒上。
众所周知,病毒没有细胞结构,也缺乏细胞器,必须依赖宿主细胞完成自己的生命周期。而有一些病毒不仅要依赖宿主细胞,还要依赖辅助病毒来帮助构建其衣壳或复制基因组,即所谓的卫星病毒,例如,常用于基因治疗的腺相关病毒(AAV)就属于卫星病毒,其依赖于腺病毒的辅助。这种病毒关系要求卫星病毒和辅助体至少暂时彼此接近,但到目前为止,还没有已知的卫星病毒是真正附着在辅助病毒上。
早在1973年,科学家就发现了“卫星病毒”的存在,当时在研究P2噬菌体时发现,感染p2噬菌体的细菌中经常出现两种噬菌体——P2噬菌体和P4噬菌体。
进一步研究显示,P4噬菌体是一种温和的病毒,它利用自身的整合基因,将自己的基因组整合到宿主细胞(细菌)的基因组中,并处于休眠状态。而当P2噬菌体感染一个已经携带P4噬菌体的细菌时,潜伏的P4噬菌体迅速“苏醒”,并利用P2噬菌体的遗传指令制造数百个自己。科学家将这种P4噬菌体这种需要依赖其他病毒的病毒成为卫星病毒,将P2噬菌体这种病毒成为辅助病毒。
在最初的观察之后,Ivan Erill 实验室的研究生和论文的共同第一作者 Elia Mascolo 分析了卫星病毒、辅助病毒和宿主的基因组,以进一步揭示这种前所未见的病毒关系。
他们发现,这种被称为MiniFlayer的卫星病毒,竟然没有整合基因,这也是第一个已知的没有整合基因的卫星病毒。因此,它们不能整合到宿主细胞基因组中,所以它们每次进入宿主细胞时必须靠近辅助病毒(研究团队将其称为MindFlayer)才能生存。研究团队认为,这种附着关系才能保证它们同时进入细胞内。生物信息学分析显示,它们之间可能已经协同进化了一亿年之久。
实际上,这种开创性发现很容易被忽略。该项目始于一个针对本科生的调查性课程,他们从环境样本中分离噬菌体,并进行基因测序,然后使用生物信息学工具分析结果。然而,测序结果显示,来自马里兰大学巴尔的摩分校的样本中含有预期噬菌体之外的污染,他们从土壤中分离的疮痂病链霉菌(Streptomyces scabies)的噬菌体中有一个小序列与任何已知的噬菌体都不匹配。于是,Ivan Erill 等人再次进行了分离和测序,并得到了相同的结果。然后,研究团队使用透射电子显微镜进行观察,发现了这种特殊的病毒关系。
尽管研究人员在几乎每个生命领域都发现了卫星病毒-辅助病毒系统,但这对生物学的重要性仍然没有得到充分认识。卫星病毒对其辅助病毒有直接影响,通常会使辅助病毒“残废”,但有时又会使它们成为更有效的“杀手”。然而,这可能是卫星病毒-辅助病毒系统对生物学最微不足道的贡献。
卫星病毒和辅助病毒之间也参与了无休止的进化军备竞赛。卫星病毒进化出新的方法来利用辅助病毒,而辅助病毒则进化出对策来阻止它们。由于双方都是病毒,这场自相残杀的战争的结果带来了令人感兴趣的东西——抗病毒药物。研究团队表示,对卫星病毒-辅助病毒之间的这种复杂、相互交织、甚至具有掠夺性的研究,例如MiniFlayer附着在器助手病毒MindFlayer脖子上的能力,有可能为抗病毒治疗开辟新的途径。
更重要的是,最近的研究表明,许多被认为是在细菌中进化而来的抗病毒系统——例如用于基因编辑的CRISPR-Cas9系统,可能起源于噬菌体及其卫星病毒。
论文链接:
https://www.nature.com/articles/s41396-023-01548-0