科学网—类病毒样古菌：宿傩古菌“挑战了细胞生命与病毒之间的界限”
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2025-6-20 13:57
| 系统分类: 海外观察
类病毒样古菌： 宿傩古菌 “挑战了细胞生命与病毒之间的界限”
新发现的微生物暂被命名为宿傩古菌，它并非病毒，但和病毒一样，其存在似乎只有一个目的：不断自我繁殖。
有一个著名的哲学问题，人活着有什么意义？比较可靠的回答是没有意义，但应该活出意义来。对比一下细菌和病毒这些生命，如果都可以算是生命的话，活着就是为了复制，或者说是生育后代。人也是这样的吗？也许就是。
据科学家从其基因组中所了解到的信息（这是目前证明其存在的唯一证据）， 它是一种寄生虫，对其寄生的单细胞生物没有任何贡献 。宿傩古菌仅有 189个蛋白质编码基因，其中大部分基因的作用是复制自身的基因组，而它所需的其他一切物质都必须从宿主——遍布全球海洋水域的甲藻“帝王丝甲藻”（Citharistes regius）那里获取。更让这种微生物充满神秘感的是，其部分序列表明它属于古菌。古菌是一类简单的单细胞生物，与我们人类等复杂生物的亲缘关系，比与大肠杆菌等细菌的亲缘关系更近。
上个月在 bioRxiv预印本上发表的关于宿傩古菌类似病毒的奇特生存方式的发现，“挑战了细胞生命与病毒之间的界限”，明尼苏达大学双城分校的合成生物学家凯特·阿达马拉（Kate Adamala）说道，她并未参与这项研究。“这种生物可能是一种迷人的活化石——一个成功留存下来的进化关键点。”
宿傩古菌的发现纯属偶然。筑波大学的研究人员当时正试图对帝王丝甲藻细胞内的所有 DNA进行测序，因为已知这种甲藻体内寄生着共生蓝细菌。然而，除了预期中的甲藻和蓝细菌的DNA，以及可能是细菌寄生虫的基因组外，他们还发现了一段奇怪的DNA环，其长度仅为23.8万个碱基对，仅为大肠杆菌基因组长度的5%。“起初，我们怀疑这个微小的环状基因组可能是某种实验产物，”筑波大学的进化微生物学家中田拓郎（Takuro Nakayama）说。
但当中田和他的同事使用多种方法对基因组进行测序和组装时，他们不断发现这段 DNA环。研究团队不得不得出结论：帝王丝甲藻体内还存在着另一种生物，看似是一种古菌。
宿傩古菌显然无法在宿主之外生存，其基因组的大小不到此前已知最小古菌基因组的一半。它的名字（尚未正式确定）灵感来源于日本神话中的小神 “宿傩比古那”，它不同于任何已知的古菌。它并未声称拥有最小的微生物基因组，这一“荣誉”属于一种生活在吸食树液昆虫体内的细菌，其基因组仅16万个碱基对长。不过，这种创纪录的细菌含有能编码合成对其昆虫宿主有用分子的基因。
相比之下，中田表示宿傩古菌 “几乎缺乏所有可识别的代谢途径”。这意味着它很可能无法自行合成必需的分子，如构成蛋白质的氨基酸或构成DNA的核苷酸，这表明这种微生物与它的甲藻宿主之间存在“寄生或单方面剥削的关系”。他补充说，和病毒一样，宿傩古菌“几乎完全依赖”帝王丝甲藻的细胞机制。
然而，宿傩古菌在一个显著的方面与病毒不同：它可以复制自身的遗传物质。通常情况下，病毒必须劫持宿主来进行自我繁殖。但宿傩古菌几乎所有已识别的基因都与 DNA复制、转录和翻译有关。尽管如此，中田说，这种微生物“强烈专注于自我繁殖，甚至以几乎所有代谢能力为代价，这与病毒的策略相似”。
圣地亚哥州立大学的生物学家伊丽莎白 ·沃特斯（Elizabeth Waters）是2003年发表首个古菌寄生虫基因组的团队成员之一，该古菌寄生虫会从与其共同生长的另一种古菌那里获取资源。她并不完全相信宿傩古菌正在向病毒进化。“这有点跳跃，”她说，不过“如果是真的——那就太神奇了”。无论如何，她认为这种微生物“很迷人”，并相信宿傩古菌将为基因组如何进化提供令人兴奋的基础测试。
阿达马拉补充说，如果宿傩古菌确实代表了一种正在向病毒进化的微生物，它可以教会科学家病毒最初是如何进化的。 “进化中的大多数重大转变都没有留下化石记录，这使得很难弄清楚确切的步骤，”她说。“我们可以研究现有的生物化学来尝试重建祖先的形式——或者有时我们会从大自然那里得到一份礼物，以幸存的进化中间体的形式出现。”
已经清楚的是：宿傩古菌并不孤单。当中田和他的同事筛选从全球海水中提取的公开可用 DNA序列时，他们发现了许多与宿傩古菌相似的序列。“那时我们意识到，我们不仅仅是发现了一个奇怪的生物，而是揭开了一个此前未知的大型古菌谱系的第一个完整基因组，”中田说。
该团队现在正试图拍摄宿傩古菌的照片：这是一项棘手的任务，因为它的宽度可能远小于 1微米。沃特斯研究的古菌寄生虫的基因组大小是宿傩古菌的两倍多，但其直径也只有400纳米。研究人员还在试图弄清楚这个群体与其他古菌的关系，例如是否有密切的自由生活的近缘种，并确定这种微生物的蛋白质究竟有什么作用，包括几种巨大的、与膜相关的蛋白质，它们可能与该微生物如何与宿主相互作用有关。
对阿达马拉来说，这一发现提醒人们还有多少未知等待探索。 “这项工作强调了生物学是多么奇妙、美丽，而我们对它的了解仍然多么有限，”她说。
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