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六種潘多拉病毒各攜不同基因 再確認巨型病毒基因為拼湊而成 顛覆傳統生物學理論

2018/6/13 — 17:41

於法國發現的其中一株潘多拉病毒 Pandoravirus quercus
Credit: IGS- CNRS/AMU

於法國發現的其中一株潘多拉病毒 Pandoravirus quercus
Credit: IGS- CNRS/AMU

擬菌病毒 (Mimiviridae) 最早於 1992 年被發現,但因為其體積與形狀與革蘭氏陽性菌相似,一直誤以為是新型球菌。後來到 2003 年,法國艾克斯-馬賽大學基因學教授 Jean-Michel Claverie 有份參與的研究團隊才將之確認為病毒,並首次記錄為一種巨型病毒 (Megavirus)

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病毒由一個保護性外殼包裹的一段 DNA 或者 RNA ,藉由感染的機制並利用宿主的細胞系統進行自我複製,但無法獨立生長和複製。病毒可以感染幾乎所有具有細胞結構的生命體。第一個已知的病毒是煙草花葉病毒,由荷蘭植物學家 Martinus Willem Beijerinck 於 1899 年發現並命名,現時已知的病毒超過 5,000 種。

由於病毒沒有細胞核等細胞質,也不能在宿主以外單獨存活,學界對其是否能定義為「生物」以及病毒與細胞世界的關係也未有一致意見

一般病毒只有 10-300 納米長,而且因為會「騎劫」宿主的細胞,利用其機制進行複製,故只有極少量基因,約只有 300 個鹼基對。然而,這些體型巨大的巨型病毒則普遍長約 400-800 納米,更會攜帶大量基因,例如屬潘多拉病毒 (Pandoraviridae) 科的 Pandoravirus salinus 有 247.3 萬個鹼基對。而繼發現擬菌病毒後,不同團隊都在世界各地的池塘、沙灘甚至污水廠發現不同的巨型病毒。

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Claverie 的團隊於《自然 — 通訊》公佈的研究則分析潘多拉病毒科六個成員的結構與功能異同,嘗試了解其體積如何變得這麼大以及巨型病毒的起源,其中三株潘多拉病毒則是首次公佈。

團隊意外地發現,該六種潘朵拉病毒攜帶的基因都各自大為不同。 2013 年公佈、於智利海灘發現的潘朵拉病毒顯示,其基因只有 7% 與其他生物吻合,顯示它們與地球上其他生物有相異的演化路徑。

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團隊又發現,這些被稱為「孤兒基因 (orphan gene) 」的獨特基因都有來自非編碼基因間區段的基因標誌 (genetic signature) ,顯示潘朵拉病毒拼湊非編碼基因,製造有利病毒生存的基因,並對調控基因表達有重要角色,而這些基因亦非直接由同一共同祖先遺傳得來。

Claverie 指,如果研究結論正確,或可為巨型病毒起源的爭議畫上句號;這些病毒同時會在生物學上成為有趣的分枝。

本年二月尾,Claverie 於艾克斯-馬賽大學的同事於巴西極端環境發現兩個新的巨型病毒株,指它們擁有可將所有 20 種標準氨基酸組裝成蛋白質需要的基因編碼,未來相信會有更多巨型病毒被發現。

來源:
ScienceAlert, These Abnormally Huge Viruses Create Their Own Genes, Defying Standard Biology, 12 June 2018

報告:
Legendre, M., Fabre, E., Poirot, O. & et al. (2018). Diversity and evolution of the emerging Pandoraviridae family. Nature Communications 9, Article number: 2285 (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-04698-4

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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