噬菌体病毒 最新发现的巨型噬菌体病毒，让生命与非生命界限彻底模糊

人生的定义是什么？

最重要的基础之一是产生新的后代。

病毒作为一种特殊的生命形式，似乎正在接近生命与非生命的界限，人类一直在寻找病毒的具体起源。

噬菌体是一种侵入细菌的病毒。它是病毒中最常见、分布最广的群体。噬菌体非常小，但结构良好。它们通常携带宿主细菌的一些基因，并利用这些基因对抗宿主细菌。

最近，国际顶级学术期刊《自然》发表了加州大学伯克利分校的一篇重要研究论文:《地球生态系统中的大阶段分支》。

在这项研究中，研究人员从近30种不同的环境中分离并鉴定了351种巨型噬菌体。最大的基因组长达73.5万个碱基对，比普通噬菌体大15倍，甚至比很多细菌还大。这些巨型噬菌体的发现填补了非生物噬菌体与细菌和古细菌之间的空空白。

这些噬菌体来自近30种不同的环境。

值得一提的是，CRISPR基因编辑的先驱Jenniner Doudna教授也是本文的作者之一。

噬菌体通常有更小的基因组，依靠细菌宿主进行复制。然而，科学家发现了数百种巨型噬菌体，它们携带大量宿主细菌蛋白质，并利用这些蛋白质更有效地控制宿主细菌。这些蛋白质包括那些参与核糖体组成和CRISPR-Cas细菌免疫系统的蛋白质。从这个角度来看，巨型噬菌体就像是微生物和病毒的混合物。

研究人员从近30种不同的环境中分离并鉴定出351种巨型噬菌体。

DNA测序结果显示，这些巨型噬菌体的基因组比普通噬菌体大4倍以上，最大的噬菌体基因组为73.5万个碱基对，几乎是普通噬菌体的15倍，也是迄今为止发现的最大的噬菌体基因组。更令人惊讶的是，已知最大的噬菌体基因组甚至比许多细菌的基因组还要大！

更有趣的是，这些巨大噬菌体的大部分DNA是——CRISPR-Cas系统，它编码细菌对抗噬菌体的免疫系统。研究人员推测，很可能是巨大的噬菌体将这些DNA插入宿主细菌的DNA中，增强了宿主细菌的CRISPR-Cas系统对其他病毒的免疫力，从而减少了来自其他病毒的竞争。此外，由巨型噬菌体编码的CRISPR-Cas系统具有沉默宿主转录和翻译的能力，并将宿主细菌中的生物合成重定向到噬菌体的蛋白质合成。

加州大学伯克利分校的研究生、本文第一作者巴塞姆·阿尔-沙耶布说:“有趣的是，这些噬菌体改变了我们的认知——CRISPR-CAS系统不仅仅是细菌或古细菌，它们利用自身优势对抗竞争，从而引发了这些病毒之间的战争。”

这些新发现除了为巨型噬菌体与同行和宿主细菌之间的战争提供了新的见解外，还对人类疾病的治疗和预防产生了影响。噬菌体通常在宿主细菌之间携带基因，包括毒性基因和抗生素抗性基因。噬菌体经常出现在细菌和古菌生活的地方，包括人体肠道微生物区系，因此可以将有害基因带入人体细菌。

新Cas蛋白

研究表明，一些巨型噬菌体携带在各种细菌CRISPR-Cas系统中发现的Cas蛋白变体的基因，如Cas9、Cas12、CasX和CasY家族。

在这项研究中，研究人员在这些巨大的噬菌体中发现了一种新的CAS蛋白，他们将其命名为CAS，Cas是Cas12家族的变体。

Sachdeva说:“在这些巨型噬菌体中，我们发现的很多基因都是未知的。它们没有假定的功能。它们可能是工业、医疗或农业应用的新蛋白质来源，并有望为基因组工程带来新的工具。”

核糖体相关蛋白基因

加州大学伯克利分校教授、本文记者吉利安·班菲尔德(Jillian F . Banfield)15年来一直在探索细菌、古细菌和噬菌体的多样性。她的团队对DNA样本进行测序、拼接和组装，并进行了相应的生物信息学分析。

在这项研究中新发现的351个巨型噬菌体中，班菲尔德和他的团队发现了许多编码未知蛋白质的基因，这些基因对核糖体翻译至关重要。但根据以往的研究，这些基因通常不存在于病毒中，而存在于细菌或古细菌中。

这些在巨型噬菌体中发现的核糖体相关蛋白包括tRNA基因、装载和调节tRNA的蛋白基因、启动翻译的蛋白基因，甚至是编码核糖体本身的基因。

巨噬细胞很可能利用这些基因改变核糖体方向，以宿主细菌蛋白合成为代价合成更多的噬菌体蛋白。此外，一些巨型噬菌体的基因含有特殊的密码子，这些密码子可能不被细菌本身的核糖体识别。因此，正常翻译需要编码核糖体。

文章第一作者Sachdeva说:“通常区分生命和非生命的基础是核糖体和翻译能力；这是区分病毒与细菌、非生命和生命的主要特征之一。但是我们的研究发现，一些大型噬菌体也有这样的翻译机制，所以这些发现使得生命和非生命的界限更加模糊。”

总之，本研究从近30种不同环境中分离鉴定出351种巨型噬菌体，并对其进行了DNA测序和生物信息学分析。他们的研究结果表明，巨型噬菌体携带CRISPR-Cas系统和核糖体翻译相关基因，使得病毒与细菌、非生命与生命的界限更加模糊。