仿佛非地球生物，這一神秘病毒，竟沒有一個基因與已知生物匹配

天涯天涯2 2020-02-14

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病毒是一種非細胞生命形態(tài)，它由核酸和蛋白質(zhì)外殼構(gòu)成，病毒自身缺乏代謝系統(tǒng)，因此病毒離開宿主細胞，就成了沒有任何生命活動、也不能獨立自我繁殖的化學(xué)物質(zhì)。病毒的分類多種多樣，直至今日，仍有新的病毒被不斷發(fā)現(xiàn)，實際上，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的病毒只是全部病毒的冰山一角。

近日，巴西米納斯吉拉斯州聯(lián)邦大學(xué)的Paulo V. M. Boratto等人從位于巴西的一個人造城市湖泊中收集渾水樣本，從該水樣中分理處一種新型感染變形蟲的巨型病毒，并將其命名為Yaravirus brasiliensis，雅拉病毒具有令人費解和神秘的起源。

雅拉病毒的基因組注釋顯示，在核苷酸水平上，沒有一個基因與已知生物的序列匹配；在氨基酸水平上，僅有6個蛋白與抑制蛋白具有遙遠的同源關(guān)系。該研究近日以 A mysterious 80 nm amoeba virus with a near-complete “ORFan genome” challenges the classification of DNA viruses 為題，發(fā)表在生物學(xué)預(yù)印本網(wǎng)站bioRxiv上。

病毒的進化和分類一直是科學(xué)界關(guān)注和爭論的問題，尤其是在發(fā)現(xiàn)能夠感染原生生物的巨大病毒之后。這些病毒的主要特征是其病毒粒子和基因組的大小很大，它們編碼數(shù)百至數(shù)千種蛋白質(zhì)，其中很大一部分在目前的公共序列數(shù)據(jù)庫中找不到同源物，這類編碼序列通常稱為ORFans，由于缺乏系統(tǒng)發(fā)育信息，它們的起源和功能仍然是一個謎。

目前所有已知的分離的感染變形蟲的巨型病毒均與核質(zhì)大DNA病毒有關(guān)。該組病毒包括真核病毒家族以及其他巨型病毒譜系。NCDLVs具有雙鏈DNA基因組，根據(jù)共享一組祖先垂直遺傳基因的標(biāo)準(zhǔn)，該病毒被認是獨立起源。

雅拉病毒的復(fù)制周期

雅拉病毒為二十面體，直徑約為80nm，純化病毒顆粒的低溫電子顯微鏡圖像表明雅拉病毒具有兩個衣殼。感染開始時，雅拉病毒附著在變形蟲質(zhì)膜的外部，宿主細胞將雅拉病毒內(nèi)吞到囊泡中，在感染的后期，包含雅拉病毒的囊泡占據(jù)細胞核周圍的區(qū)域，并將其取代，再招募線粒體提供能量，病毒工廠由此產(chǎn)生。

組裝方面，病毒復(fù)制工廠內(nèi)顯示出現(xiàn)月牙狀的結(jié)構(gòu)，再依次添加蛋白質(zhì)和膜成分，最終形成二十面體結(jié)構(gòu)。雅拉病毒通過胞吐作用和變形蟲細胞溶解從而釋放子代病毒顆粒。整個復(fù)制周期約72小時。

雅拉病毒的基因組

經(jīng)二代測序，雅拉病毒基因組為44924bp的雙鏈DNA分子，并包含總共74個預(yù)測基因。盡管基因組比其他巨型病毒小，但雅拉病毒仍編碼6個tRNA基因，并均位于基因29和30之間的基因間區(qū)域。雅拉病毒基因組的GC含量為46-65%，高于迄今為止發(fā)現(xiàn)的任何巨型病毒。

令人驚訝的是，雅拉病毒的基因組注釋顯示，在核苷酸水平上，沒有一個基因與已知生物的序列匹配；在氨基酸水平上，研究者僅發(fā)現(xiàn)Pfam-A數(shù)據(jù)庫中的2個蛋白質(zhì)同源性較高，而nr數(shù)據(jù)庫中的6種蛋白質(zhì)具有遙遠的同源關(guān)系。

雅拉病毒的蛋白質(zhì)組

從上述資料可知，雅拉病毒的蛋白在公共數(shù)據(jù)庫中沒有可檢測到的同源物。這促使研究人員更仔細地研究形成雅拉病毒成熟顆粒的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)揭示了純化顆粒中共有26種病毒蛋白，緊接著，研究者使用兩個用于域比較的平臺Phyre2和Swiss-model，分析了這26種蛋白質(zhì)的預(yù)測三維結(jié)構(gòu)。