科学家利用DNA追踪巨型病毒的起源

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2003年对病毒学家来说是一个重要的年份。第一个巨型病毒在这一年被发现，这震动了病毒学界，修正了人们认为对这一难以捉摸的群体的既定认识，并将病毒世界从简单的小型制剂扩展到与一些细菌一样复杂的形式。由于它们与疾病的联系以及对它们进行定义的困难--它们是生物实体，但在现有的生命树中并不适合--病毒激发了许多人的好奇心。

科学家们长期以来一直对病毒如何进化感兴趣，特别是当涉及到巨型病毒时，它们可以在宿主的帮助下产生新的病毒--与大多数小型病毒相反，它们利用宿主的机器来进行复制。

尽管巨型病毒不是大多数人在谈到病毒时想到的东西，但它们实际上在海洋和其他水体中非常常见。它们感染单细胞水生生物，对后者的数量有重大影响。事实上，印度理工学院（IIT）孟买分校的分子病毒学家Kiran Kondabagil博士提出：“由于这些单细胞生物极大地影响了海洋中的碳周转，病毒在我们世界的生态中有着重要的作用。因此，研究它们和它们的进化，与研究致病病毒一样重要。”

在最近的一项研究中，Kondabagil博士和共同研究员Supriya Patil博士对参与拟菌病毒DNA复制机制的主要基因和蛋白质进行了一系列分析，该研究结果已发表在《分子生物学与进化》上。他们的目的是确定在有关拟菌病毒进化的两个主要建议中，哪一个--减少假说和病毒先行假说--更受其结果支持。减少假说表明，巨型病毒是从单细胞生物中出现的，并随着时间的推移而脱落基因；病毒先行假说表明，它们在单细胞生物之前就已经存在，并获得了基因。

Kondabagil博士和Patil博士用复制蛋白创建了系统“发育树”，并发现那些来自拟菌病毒的蛋白与真核生物的关系比与细菌或小型病毒的关系更为密切。此外，他们还使用了一种叫做多维缩放的技术来确定Mimiviral蛋白质的相似程度。更大的相似性将表明这些蛋白质是共同进化的，这意味着它们在一个具有协调功能的更大的蛋白质复合物中联系在一起。而事实上，他们的发现显示了更大的相似性。最后，研究人员表明，与DNA复制有关的基因与净化选择相似，并属于净化选择的范畴，净化选择是指去除有害基因变体的自然选择，约束基因并防止其序列变化。这种现象通常发生在基因参与生物体的基本功能（如DNA复制）的时候。

综上所述，这些结果意味着Mimiviral DNA复制机器是古老的，并经过了很长一段时间的进化。这使我们缩小了对还原假说的研究范围，该假说认为DNA复制机器已经存在于单细胞祖先中，巨型病毒是在摆脱了祖先中的其他结构后形成的，只留下基因组中与复制有关的部分。

“我们的发现非常令人兴奋，因为它们为地球上的生命如何进化提供了信息，”Kondabagil博士说。“因为这些巨型病毒可能早于单细胞祖先变成细菌、古细菌和真核生物的多样化，它们应该对真核生物的后续进化轨迹有重大影响，而真核生物是它们的宿主。”

在对基础科学知识的这种贡献之外的应用方面，Kondabagil博士觉得他们的工作可以为基因工程和纳米技术等技术的转化研究奠定基础。他说：“对病毒自我复制和自我形成机制的进一步了解意味着我们有可能修改这些病毒以复制我们想要的基因，或者根据病毒的功能创造纳米机器人。其可能性是深远的！”