科学家发现超过30,000个“隐藏”病毒

科学家们分析了数GB的微生物DNA序列           

因斯布鲁克大学(University of Innsbruck)的研究人员利用被称为“Leo”的高性能计算集群，发现了嵌入单细胞生物DNA中的3万多种新病毒。值得注意的是，他们发现高达10%的微生物DNA可以由内置病毒组成。

来自生态学系的Christopher Bellas博士、Marie-Sophie Plakolb博士和Ruben Sommaruga教授在对复杂的单细胞微生物进行广泛分析时，偶然发现了这一非凡的发现。他们发现，这些迄今未知的病毒被直接编码到这种微生物的遗传结构中。这种“隐藏”的病毒DNA有可能在宿主细胞内产生功能齐全的病毒。

Bellas说:“我们对通过分析发现的病毒数量感到非常惊讶。在某些情况下，高达10%的微生物DNA被证明是由隐藏的病毒组成的。”这些病毒似乎不会伤害它们的宿主。相反，有些人甚至会保护它们。许多似乎与所谓的噬菌体相似。这些病毒感染并摧毁其他感染宿主细胞的有害病毒。

这项研究由奥地利科学基金(FWF)资助，发表在著名的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上，由马克斯普朗克医学研究所和格罗宁根大学的研究人员合作进行。

病毒作为保护剂

从细菌到人类，所有的生命形式都不断受到病毒的感染。有些病毒持续存在，但只是偶尔引发症状，比如人类的疱疹病毒。另一些则藏得更深，成为宿主DNA的一部分。这项研究发现，地球上许多丰富的单细胞真核(复杂)生物都充满了病毒。这些生物无处不在，包括湖泊和海洋中丰富的藻类，土壤中的变形虫，以及人类寄生虫。

“为什么在微生物基因组中发现这么多病毒还不清楚，”Bellas说。“我们最有力的假设是，它们保护细胞免受危险病毒的感染。”

许多真核单细胞生物被“巨型病毒”感染，这是一组和细菌一样大的病毒。这些感染在产生新的巨型病毒副本的同时杀死了宿主。然而，当噬菌体驻留在宿主细胞中时，它会“重新编程”巨型病毒来构建噬菌体。因此，这种巨型病毒有时可以被抵御，宿主细胞群也可以免于被破坏。

新发现的病毒的DNA与噬菌体DNA相似。因此，宿主微生物很可能通过这些内置病毒来保护自己免受巨型病毒的侵害。

来自高山湖泊的DNA

该研究项目最初是基于Bellas和Sommaruga于2021年在奥地利的水样中发现的一组新病毒。“最初，我们想通过我们的研究找到新的‘波林顿样病毒’的起源，”Bellas解释说。“然而，我们不知道哪些生物通常会被这些病毒感染。这就是为什么我们进行了一项大规模的研究来测试所有已知DNA序列的微生物。”

研究人员检查的庞大数据集只包含DNA序列，即所有基因编码的字母ATGC序列。然而，该数据集由几百GB组成。

相比之下，病毒的序列很小，多亏了最先进的技术，才能在如此大量的数据中找到。利用因斯布鲁克大学的高性能计算机集群“Leo”，可以快速分析数据集。微生物的DNA序列也被使用新的牛津纳米孔技术读取。利用这项技术，DNA可以通过膜上的微小孔。每个碱基——A、G、C或T——阻断电流，从而产生可以读取DNA序列的信号。

最后，研究人员发现了比他们寻找的病毒更多的病毒。这一意想不到的发现将激发更多的研究来研究这些病毒所扮演的角色。       

参考文献:

Large-scale invasion of unicellular eukaryotic genomes by integrating DNA viruses” by Christopher Bellas, Thomas Hackl, Marie-Sophie Plakolb, Anna Koslová, Matthias G. Fischer and Ruben Sommaruga, 10 April 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences.