首次发现天然DNA-RNA嵌合病毒

生物通,2012-04-22

近日来自美国波特兰州立大学的研究人员在一个冒泡的火山温泉有害环境中，发现了一个新病毒基因组，看起来它是一种DNA病毒和RNA病毒的重组产物——一种前所未见的天然嵌合体。这一研究发现发布在4月19日的《Biology Direct》杂志上。

“这是一种神兽般的病毒，但它确实存在，”病毒学家Ken Stedman在4月17号亚特兰大召开的美国宇航局天体生物学会议上报告他的实验室发现时表示。

“在北部加利福尼亚拉森火山国家公园Boiling Springs湖酸性水域的细菌群落中，病毒是唯一的捕食者，”Stedman说。为了更好地了解有些什么类型的病毒存在那里，Stedman和他的同事们对来自Boiling Springs湖样本的成千上万条病毒序列进行了宏基因组分析（metagenomic analysis），因此获得了一些意外的研究发现：一条DNA编码了一种至今只在RNA病毒衣壳中能看得到的蛋白质。通过与其他遗传片段序列进行比对，他们获得了一个完整的病毒基因组。

在这一基因组中，研究人员发现了一条RNA样序列毗邻于DNA病毒所独有的一个复制蛋白的序列。由此生成了一个单链环状基因，称之为BSL RDHV（Boiling Springs湖RNA-DNA杂交病毒的简称），这似乎是由两种完全无关的病毒组重组事件所导致。这一RNA基因并非是由可生成逆转录酶的病毒所造成，逆转录酶是一种可将RNA转变为DNA的重要酶。因此目前还不清楚的RNA基因是如何最终进入DNA基因组中的。“我们不知道它是如何发生的，但是我们知道它确实发生了，”Stedman说。

Stedman提出了两种可能的解释。在一种情况下，一种RNA病毒、一种DNA病毒和一种逆转录病毒同时感染了同一个细胞，逆转录病毒利用它的你转录酶将RNA基因转变为一个DNA拷贝，和DNA病毒基因组混到了一起。这样的情况在环境中存在自由浮动的逆转录酶时有可能发生。另一种情况，就是一种特殊的病毒连接酶蛋白（可将核酸胶连到一起）有可能将不同的DNA和RNA链连接到了一起，生成了杂交编码，然后复制成了DNA。Stedman说尽管有些牵强，两种情况也还是有可能发生的。

为了确定相似的病毒是否存在于其他环境中，研究人随后对全球海洋调查（Global Ocean Survey）的序列数据库进行了筛查，发现有三种病毒序列包含相同的两个基因。Stedman 说“在很多情况下，这一序列或是匹配DNA蛋白或是RNA蛋白，因此事实上确实有不少。但我们目前还不能将它们联系到一起，至少我们还不能肯定地说。”

宏基因组分析给予研究人员的只是病毒的基因组图谱，而若非病毒自身或它的宿主。德克萨斯大学进化遗传学家Cédric Feschotte 说：“该方法的不利之处是对在环境样本中发现的病毒生物学所能推知的甚少。目前尚不清楚这些病毒是否是它们自身病毒群好的代表。”Stedman承认存在局限性，并表示计划进一步地取样来研究这些问题。

但事实上，这种独特病毒的存在表明在数十亿年前分歧的谱系间可能发生了重组。美国国立卫生研究所进化遗传学家Eugene Koonin 说：“科学家们一直猜测在遗传系统的进化过程中的最早期阶段一个关键的方面参与了一些小的不同的病毒样遗传元件激烈的重组和融合。Stedman的研究发现证实了两种不同的病毒间确实发生了这样的重组，有可能是病毒进化的一条重要途径。”

“发现DNA病毒和RNA病毒之间存在明显的杂交模糊了两种主要病毒组之间传统的界限，进一步突出了病毒世界的可塑性，以及在病毒实体中存在嵌合体这种看似无限的可能，”Feschotte说。如果是这样，有可能有更多嵌合体存在于那里，只等待病毒学家发现它们。