Frontiers in Microbiology：你身体里也有病毒基因

 

这项研究分析了病毒和所有生物域（domain）——从细菌和古菌等单细胞微生物到动物、植物、真菌等真核生物——的蛋白质结构。研究负责人、在美国伊利诺伊大学和巴基斯坦COMSATS信息技术学院任职的阿尔沙·纳西尔（ArshanNasir）说：“我们通常会用病毒与其宿主的关系来定义它们，但这么做就限制了我们对病毒和细胞之间相互作用的理解。”

 

“近期的研究已经揭示，生物体可以和其他生物体形成合作关系，并以群体生活。例如，许多细菌和古菌都生活在人的体内，组成了人体的微生物群落，”纳西尔补充道。来自伊利诺伊大学香槟分校基因组生物学研究所的农作物学教授GustavoCaetano-Anolles，以及韩国极地研究所的高级科学家KyungMoKim也参与了此次研究。

 

研究团队采用一种生物信息学方法对病毒及其宿主生物体的基因组进行了分析。他们并没有把焦点放在会随着世代改变的基因序列上，而是分析了蛋白质的功能部分——折叠子（folds）。每个折叠子——有超过1400个折叠子在所有生命域中都存在——都有着独特的三维结构，具有特定的作用形式。研究人员称，由于折叠子对蛋白质功能非常重要，因此即使在编码它们的基因序列因为突变或其他过程而改变时，折叠子依然能保持稳定。“这使蛋白质折叠子成为大范围时间跨度中可以信赖的演化标记，对于突变极为快速的病毒尤为如此，”纳西尔说道。

 

Caetano-Anolles表示，研究人员在所有生命域和所有类型的病毒中发现了数百种蛋白质折叠子，意味着它们可能来自所有生命形式共同的古老祖先。不过，一些折叠子只出现在单个生命域及其所感染的病毒中，表明遗传物质的传递可能只出现在该类病毒及其宿主之间。研究人员发现，在总共大约2000个折叠子超家族中，只有一个是古菌及感染古菌的病毒共有的，细菌及其感染的病毒共享的有29个，而真核生物及感染它们的病毒之间共有的有37个。

 

“如果有一个实体，它在某一个节点上是病毒，然后被选择进入了基因组中，那它变成了该生物分子遗传物质的一部分，”Caetano-Anolles说道。研究团队还发现了一个在任何单细胞生物基因组中都没有出现过的、由病毒特异性蛋白质折叠子组成的大子集。“这表明病毒能够产生新的基因，并且很可能把这些基因传递给了单细胞生物，”纳西尔说道。

 

Abstract:

 

Virusescanbeclassifiedintoarchaeoviruses,bacterioviruses,andeukaryovirusesaccordingtothetaxonomyoftheinfectedhost.Thehost-constrainedperceptionofvirusesimpliespreferenceofgeneticexchangebetweenvirusesandcellularorganismsoftheirhostsuperkingdomsandviraloriginsfromhostcellseitherviaescapeorreduction.However,virusesfrequentlyestablishnon-lyticinteractionswithorganismsandendogenizeintothegenomesofbacterialendosymbiontsthatresideineukaryoticcells.Suchinteractionscreateopportunitiesforgeneticexchangebetweenvirusesandorganismsofnon-hostsuperkingdoms.Here,wetakeanatypicalapproachtorevisitvirus-cellinteractionsbyfirstidentifyingproteinfoldstructuresintheproteomesofarchaeoviruses,bacterioviruses,andeukaryovirusesandsecondbytracingtheirspreadintheproteomesofsuperkingdomsArchaea,Bacteria,andEukarya.Theexercisequantifiedproteinstructuralhomologiesbetweenvirusesandorganismsoftheirhostandnon-hostsuperkingdomsandrevealedlikelycandidatesforvirus-to-cellandcell-to-virusgenetransfers.Unexpectedlifestyle-drivengeneticaffiliationsbetweenbacteriovirusesandEukaryaandeukaryovirusesandBacteriawerealsopredictedinadditiontoalargecohortofproteinfoldsthatwereuniversallysharedbyviralandcellularproteomesandvirus-specificproteinfoldsnotdetectedincellularproteomes.Theseproteinfoldsprovideuniqueinsightsintoviraloriginsandevolutionthataregenerallydifficulttorecoverwithtraditionalsequencealignment-dependentevolutionaryanalysesowingtothefastmutationratesofviralgenesequences