PNAS：基因组中的偷渡者

在因斯布鲁克大学，科学家们通过使用高性能计算机集群“Leo”和复杂的探测工作，发现了3万多种病毒。病毒隐藏在单细胞生物的DNA中。在某些情况下，高达10%的微生物DNA由内置病毒组成。

　　

   

   

图片:科学家分析了几十亿字节的微生物DNA序列。

图源:Fabian Oswald

科学家们通过使用高性能计算机集群“Leo”和复杂的探测工作，发现了3万多种病毒。病毒隐藏在单细胞生物的DNA中。在某些情况下，高达10%的微生物DNA由内置病毒组成。

在对复杂单细胞微生物的大规模研究中，因斯布鲁克大学生态系的克里斯托弗·贝拉斯博士、玛丽-索菲·普拉科尔布和鲁本·索马鲁加教授有了一个意想不到的发现。在微生物的基因组中，他们发现了超过3万种以前未知的病毒的DNA。这种“隐藏的”DNA可能允许在宿主细胞中复制完整的功能病毒。

贝拉斯说:“通过这种分析，我们发现了这么多病毒，这让我们非常惊讶。”“在某些情况下，高达10%的微生物DNA由隐藏的病毒组成。”这些病毒似乎不会伤害宿主。相反，有些人甚至会保护他们。许多病毒似乎类似于所谓的病毒噬菌体。这些病毒感染并摧毁感染宿主细胞的其他有害病毒。

这项研究由奥地利科学基金(FWF)资助，发表在著名期刊《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。

病毒作为保护器

从细菌到人类，所有的生命形式都不断地受到病毒的感染。有些是持续存在的，但只是偶尔引发症状，如人类的疱疹病毒。有的甚至隐藏得更深，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生物(复杂)都充满了病毒。这些生物随处可见，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。

“为什么在微生物的基因组中发现了这么多病毒，目前还不清楚，”贝拉斯说。“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都被“巨型病毒”感染，这是一组可以和细菌一样大的病毒。这些感染在产生巨大病毒的新副本时杀死宿主。然而，当病毒噬菌体驻留在宿主细胞中时，它会“重新编程”巨型病毒以构建病毒噬菌体。因此，巨型病毒有时可以被击退，宿主细胞群也得以免于毁灭。

新发现的病毒的DNA与病毒噬菌体的DNA相似。因此，宿主微生物很可能是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贝拉斯和索马鲁加于2021年在奥地利蒂罗尔水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，”贝拉斯解释说。“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研究，测试所有DNA序列已知的微生物。”

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ATGC字母序列。然而，数据集包含几百gb。

相比之下，病毒序列微不足道，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。来自微生物的DNA序列也使用新的牛津纳米孔技术读取。有了这项技术，DNA可以通过细胞膜上的小孔。每个碱基——A、G、C或T——都能中断电流，从而产生一个信号，从中可以读取DNA序列。

最后，研究人员发现了比他们要寻找的病毒多得多的东西。这一意外的发现将激发更多的研究来研究这些病毒所扮演的角色。

文章标题

Large-scale invasion of unicellular eukaryotic genomes by integrating DNA viruses