Nature：震惊！在海洋中发现一类型新的病毒

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在从世界海洋中获取的水样本中占主导地位的一类病毒长期以来一直没有得到分析，这是因为它具有利用标准的测试方法无法检测到的特征。然而，如今，在一项新的研究中，来自美国麻省理工学院和阿尔伯特-[color=rgb(16, 78, 129) !important]爱因斯坦医学院的研究人员成功地分离出和研究这类难以捉摸的病毒中的一些代表性病毒。这类病毒提供了病毒进化过程中一个关键的缺失环节，并且在调节[color=rgb(16, 78, 129) !important]细菌群体中发挥着重要的作用。相关探究结果于2018年1月24日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“A major lineage of non-tailed dsDNA viruses as unrecognized killers of marine bacteria”。

图片来自CC0 Public Domain。

病毒是主要的细菌捕食者，而且这些研究结果提示着目前的[color=rgb(16, 78, 129) !important]细菌病毒（即噬菌体）多样性的观点存在着一个主要的盲点。这些结论是由麻省理工学院的博士后研究员Kathryn Kauffman、土木与环境工程教授Martin Polz、阿尔伯特-[color=rgb(16, 78, 129) !important]爱因斯坦医学院的Libusha Kelly教授等人通过对海洋样本进行详细分析而得出的。

这些新鉴定出的病毒缺乏在大多数已经被分类和测序的细菌病毒表面上发现的“尾部（tail）”，而且具有几种其他的不同寻常的性质，从而导致它们在之前的研究中被遗漏掉。为了反映这一事实，这些研究人员根据希腊神话中的一个很难被抓住的人物，将这个新的病毒群体命名为Autolykiviridae。而且，不同于那些仅仅捕食一种或两种细菌的典型病毒，这些没有尾部的病毒类型能够感染数十种不同的[color=rgb(16, 78, 129) !important]细菌类型（通常是来自不同的物种），从而突显出它们的生态重要性。

美国南加州大学海洋生物学教授Jed Fuhrman（未参与这项研究）说，这项研究“为我们进一步理解病毒在海洋中的作用开辟了新的途径”。他说：“从实际意义上说，这也表明我们如何需要改变一些常用的方法来捕获这些病毒用于各种研究。我认为这是这个领域的重大进展。”

Kauffman解释道，当前的病毒-细菌相互作用的环境模型是基于经过仔细研究的含尾部病毒构建出的，因此它们可能会错过在自然界中发生的病毒-[color=rgb(16, 78, 129) !important]细菌相互作用的重要方面。

当提及这些研究人员获取样本的海洋表面时，Kauffman说，“我们已知道存在于那里的病毒是非常重要的。”在海洋表面上，每毫升水中发现大约1000万个病毒。Polz说，尽管“在实验室中研究的大多数病毒具有尾部，但是在海洋中的大多数病毒是没有尾部的”。因此，这些研究人员决定研究一小部分无尾部病毒，它们感染一类被称作弧菌（Vibrio）的细菌。在经过大量测试后，他们发现“其中的一些病毒感染了异常多的[color=rgb(16, 78, 129) !important]细菌宿主。”

Polz说，在对Autolykiviridae的一些代表性病毒进行测序之后，这些研究人员发现“他们的基因组与其他病毒完全不同”。一方面，它们的基因组非常短：大约有1万个碱基，而典型的含尾部病毒有4～5万个碱基。他说，“当我们发现这一点时，我们都感到很惊讶。”

利用这些新的序列信息，这些研究人员能够通过梳理数据库，发现这类病毒存在于很多地方。这项研究还证实鉴于样本在实验室中通常采用的处理方式，这些病毒往往在数据库中存在代表性不足的问题。他们开发的从环境样本中获取这些病毒的方法能够帮助科学家们避免在未来的研究中丢失这些信息。此外，Kauffman说，人们通常采用的测试病毒活性的方法是先利用病毒样本感染细菌，随后在一天之后检查这些样本，以便寻找已被杀死的细菌斑的迹象。但是这些特殊的非尾部病毒往往缓慢地发挥作用，而且被杀死的[color=rgb(16, 78, 129) !important]细菌区域要到几天之后才会出现，因此在大多数研究中，它们的存在从未被人们注意到。

这类新的病毒可能是特别广泛分布着的。Polz说：“我们不认为这它们仅存在于海洋中。”比如，这些病毒甚至可能在人类生物群落中普遍存在，而且它们可能在主要的生物地球化学循环（如碳循环）中发挥作用。

这些发现的另一个重要方面是Autolykiviridae经证实是一种古老的病毒谱系的成员，这种病毒谱系具有特定类型的衣壳---包裹着病毒DNA的蛋白外壳。尽管这种病毒谱系已知在动物和原生生物中是多样化的，包括感染人类的腺病毒和感染藻类的巨病毒（giant virus），但是很少发现这类感染[color=rgb(16, 78, 129) !important]细菌的病毒。

（生物谷 Bioon.com）

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A major lineage of non-tailed dsDNA viruses as unrecognized killers of marine bacteria

Kathryn M. Kauffman, Fatima A. Hussain, Joy Yang, Philip Arevalo, Julia M. Brown, William K. Chang, David VanInsberghe, Joseph Elsherbini, Radhey S. Sharma, Michael B. Cutler, Libusha Kelly & Martin F. Polz

The most abundant viruses on Earth are thought to be double-stranded DNA (dsDNA) viruses that infect bacteria1. However, tailed bacterial dsDNA viruses (Caudovirales), which dominate sequence and culture collections, are not representative of the environmental diversity of viruses2,3. In fact, non-tailed viruses often dominate ocean samples numerically4, raising the fundamental question of the nature of these viruses. Here we characterize a group of marine dsDNA non-tailed viruses with short 10-kb genomes isolated during a study that quantified the diversity of viruses infecting Vibrionaceae bacteria. These viruses, which we propose to name the Autolykiviridae, represent a novel family within the ancient lineage of double jelly roll (DJR) capsid viruses. Ecologically, members of the Autolykiviridae have a broad host range, killing on average 34 hosts in four Vibrio species, in contrast to tailed viruses which kill on average only two hosts in one species. Biochemical and physical characterization of autolykiviruses reveals multiple virion features that cause systematic loss of DJR viruses in sequencing and culture-based studies, and we describe simple procedural adjustments to recover them. We identify DJR viruses in the genomes of diverse major bacterial and archaeal phyla, and in marine water column and sediment metagenomes, and find that their diversity greatly exceeds the diversity that is currently captured by the three recognized families of such viruses. Overall, these data suggest that viruses of the non-tailed dsDNA DJR lineage are important but often overlooked predators of bacteria and archaea that impose fundamentally different predation and gene transfer regimes on microbial systems than on tailed viruses, which form the basis of all environmental models of bacteria–virus interactions.

https://www.nature.com/articles/nature25474