研究人员发现病毒进化中的缺失环节

本研究研究的海洋细菌感染了非尾部病毒的电子显微镜图像。细菌细胞壁被视为长双线，而病毒则是带有深色中心的小圆形物体。由研究人员礼貌

长期存在于世界海洋水样中的一种病毒，由于其具有标准测试无法检测到的特征，因此长期以来无法进行分析。然而，作为一项新的研究报告，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已经设法隔离和研究了这些难以捉摸的病毒的代表，这些代表在病毒进化中提供了关键的缺失环节，并且在调节细菌种群中起着重要作用。

病毒是细菌的主要捕食者，研究结果表明，目前对细菌病毒的渗透性有一个主要的盲点。这些结论是通过对麻省理工学院博士后Kathryn Kauffman，土木与环境工程教授Martin Polz，阿尔伯特·爱因斯坦医学院的Libusha Kelly教授以及其他9个人领导的海洋样品进行详细分析得出的。结果将在本周的《自然》杂志上发表。

新发现的病毒缺乏大多数分类和测序细菌病毒中发现的“尾巴”，并具有其他一些不寻常的特性，导致以前的研究都忽略了它们。为了纪念这一事实，研究人员将这组新动物命名为Autolykiviridae，该名称来自希腊神话中的一个人物，因难以捉摸而被传奇化。而且，与仅捕食一种或两种细菌的​​典型病毒不同，这些无尾变种可以感染数十种不同类型（通常是不同物种），从而突出了它们的生态意义。

南加州大学海洋生物学系McCulloch-Crosby主席Jed Fuhrman说，这项研究“为增进我们对病毒在海洋中的作用的理解开辟了新途径”，他没有参与这项工作。他说：“从实际意义上讲，它还显示了我们需要如何改变一些常用方法来捕获这类病毒，以进行各种研究。”“我想说这是该领域的重要进步。”

Kauffman解释说，当前的病毒-细菌相互作用的环境模型基于经过充分研究的尾部病毒，因此它们可能缺少自然界中发生的相互作用的重要方面。

该图显示了海洋病毒与其感染的细菌菌株之间的关系。在圆环的周围显示了不同的细菌菌株，颜色表示不同的物种。尾部病毒显示为蓝色圆圈，无尾病毒显示为橙色圆圈。每种病毒都通过线与它们可以感染的细菌变种相连，这表明无尾变种所感染的变种远比通常只感染一到两个菌株的无尾变种大得多。由研究人员礼貌

考夫曼说：“我们已经知道病毒在这里非常重要。”他指的是在表层海洋中抽取研究人员的样品，每毫升水中发现约1000万种病毒。波尔兹说：“尽管实验室研究的大多数病毒都有尾巴，但海洋中的大多数却没有尾巴。”因此，研究小组决定研究一种无尾病毒子集，该子集会感染一组名为弧菌的细菌。经过广泛的测试，他们发现“其中一些正在感染异常多的主机，”他说。

在对Autolykiviridae的代表进行测序后，研究人员发现“他们的基因组与其他病毒完全不同，” Polz说。一方面，它们的基因组非常短：大约10,000个碱基，而典型的带尾病毒则为40,000-50,000。他说：“当我们发现这一点时，我们感到很惊讶。”

利用新的序列信息，研究人员能够梳理数据库，发现这种病毒存在于许多地方。研究还表明，由于在实验室中通常处理样品的方式，这些病毒在数据库中的代表性较低。研究小组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此类信息的丢失。此外，考夫曼说，研究人员测试病毒活性的方法通常是通过用病毒样品感染细菌，然后在一天后检查样品以寻找细菌块已被杀死的迹象。但是这些特殊的无尾病毒通常运行速度较慢，而且被杀死的区域要等到几天后才会显示出来，因此在大多数研究中从未发现它们的存在。

新的病毒组可能尤其广泛。“我们认为这根本不是针对海洋的，”波尔兹说。他说，例如，病毒甚至可能在人类生物群系中普遍存在，并且它们可能在主要的生物地球化学循环中发挥作用，例如碳循环。

这些发现的另一个重要方面是，Autolykiviridae被证明是古代病毒谱系的成员，该谱系由衣壳的特定类型定义，衣壳是包裹病毒DNA的蛋白质壳。尽管已知该谱系在动物和原生生物中非常正常-包括诸如感染人类的​​腺病毒和感染藻类的病毒，但几乎没有这种病毒可以感染细菌。

Eugene V. Koonin说：“这项工作通过证明小型无尾病毒的含量与目前被认为在病毒圈中占主导…地位的尾部病毒的含量相当，…从而大大改变了现有的关于海洋病毒体成分的观念。”美国国立卫生研究院的高级研究员，他没有参与这项研究。“这项工作对于理解病毒世界的发展也很重要，因为它表明与真核生物最常见的病毒（例如腺病毒，痘病毒等）有关的病毒，至少在衣壳结构方面，要宽得多在原核生物中的传播比以前所怀疑的要多。”

Koonin补充说：“我进一步怀疑这里报告的病毒是否仅代表众所周知的冰山一角，因为衣壳蛋白可以按顺序高度融合，因此即使在敏感的数据库搜索中也可能漏掉许多衣壳蛋白。这些发现也具有实际意义，因为无尾病毒似乎在海洋中起着重要的生态作用，对细菌的杀灭起了很大的作用。”

这项工作得到了美国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等人，“无尾dsDNA病毒的主要谱系，是无法识别的海洋细菌杀手”，《自然》，2018年； doi：10.1038 / nature25474