巨大病毒

经过 James L. Van Eetten

最近的发现真的,真正的大病毒正在改变关于病毒性质的看法和生活史

生物学 微生物学 自然历史

当前的问题

这篇文章来自问题

2011年7月至8月

第99卷,第4号
304.

DOI: 10.1511 / 2011.91.304

病毒的常见视图,大多是真,是潜入细胞的微小窃贼,抓住生物合成对照并强迫细胞制造大量的后代,突破细胞并保持复制循环。甚至与直径仅千分尺(1000纳米)的细胞相比,病毒也是如此。他们应该旅行光线,并只用几个适应的基因做。

图片亚伯拉罕明斯基,威兹曼科学研究所提供。

广告权利

1992年,在英国布拉德福德的一座电力植物冷却塔中分离出一种新的微生物,其中蒂莫西罗汉斯在利兹公共卫生实验室的微生物学家,正在寻求当地肺炎疫情的致病因子。他的搜索导致了冷却塔的温暖水,是一种已知的细菌病原体储层 军团国 属,这是肺炎群岛军团疾病的原因。将存在于样品中的颗粒被错误地识别为细菌。在显微镜下革兰氏阳性和可见,因为粒子吞噬作物内的病原体 Acanthamoeba polyphaga, 令人惊讶地没有使用通用细菌引物从基因扩增聚合酶链反应技术产生任何产品。

十一年后,2003年,神秘的生物接受了新的身份和新名称, Acanthamoeba polyphaga 微生物,用于微生物模仿病毒。 Mimivirus是有史以来最大的病毒。巨型病毒已知几年,其中许多群体中称为核 - 细胞质大DNA病毒(NCLDV)。该组具有其他几个病毒家庭,包括 Poxviridae, 它感染了脊椎动物(例如,天花病毒)和无脊椎动物,水生病毒 Iridoviridae.Phycodnaviridae., 和脊椎动物病毒 Asfarviridae。 巨型病毒被认为是具有大于300千碱基对的基因组,并且衣壳直径为约200纳米或更高。

芭芭拉anulicino的插图。包括ALAN Manck提供的数据。

Mimivirus是巨型病毒中的巨大,直径为750纳米。它具有一个基因组,真正被病毒标准偏离的基因组,120万基对,编码古怪的1,018个基因。相比之下,最小的自由活细菌, 支原体, 直径仅为450纳米,并具有在米维尔病毒中的基因组的一半,同时编码482蛋白。记录最新的细胞生物, Hodgkinia cicadicola, 在2009年描述的蝉中的寄生虫具有仅为140,000个碱基对的基因组,编码了Paltry 169蛋白。 H. Cicadicola. 无法自行生活,完全依赖于专门的蝉细胞的茂盛的环境。病毒通常不被认为是生物体(尽管考虑到其在系统发育树中的位置,请参见侧边栏),但是Mimivirus为复制过程带来了更大的蓝图和更多的木材,而不是生活 H. Cicadicola. 还有许多其他细菌.

图片亚伯拉罕明斯基,威兹曼科学研究所提供。

在过去几年中,大多数巨大病毒才发现和特征。对于这么长时间,这些引人注目的生物实体仍未被遗漏的原因有几个原因。其中最重要的是,用于隔离病毒颗粒的经典工具通过具有200纳米孔的过滤器过滤。通过病毒,但定义为在该处理的滤液中发生的复制颗粒,未检测到几代病毒学研究的巨型病毒。 (Mimivirus通过如此大的情况扰乱了这种逃避策略,它在光学显微镜下可见。)标准的噬斑手术未能报告巨型病毒的存在,因为大颗粒在斑块介质的软琼脂中陷入困境,破坏扩散和形成可见斑块。对最大病毒的弹性的额外解释是许多感染性保护者,这些受感染者的研究人员高于植物和动物。

随着镜头终于对他们来说,巨型病毒正在递送尖锐的课程,以病毒生理学和生态学,更不用说挑战关于生命系统的系统形态的长期假设。

大家庭

在生命之树中巨大病毒的安置的核心是存在许多以前未知的病毒编码基因家族。最近对NCLDV进化的重建建议是一个常见的祖先,其可能包含最少的47个基因,这些基因在现代病毒基因组中留下了痕量痕迹。然后通过丢失一些基因来演化NCLDV,从宿主和其他生物中复制其他基因并从中获取基因。与其他病毒一样,巨型病毒是遗传扒手,抓住来自他们的主体的基因。因此,对病毒发育重建的解释具有难题。然而,褪色的进化历史概述是可见的。对45种巨型病毒的分析确定了所有NCLDV病毒共同的五个基因,并通过至少两种病毒家庭共享的177个另外的基因。然而,古代遗传信号非常弱。考虑到三种病毒中的选择 Phycodnaviridae. 家庭,14个基因共同指出共同的进化历史,但在这三个生物实体的庞大基因组内,超过 1,000 存在总基因。

Mimivirus是巨型病毒的适当代表,表现出各种独特的属性,这些属性指向已知的巨型病毒的多样性以及很快被发现的属性。 Mimivirus病毒粒子颗粒(遗传物质和蛋白质涂层的完整组装)具有〜500纳米覆盖的ICosaheDral核心,覆盖着〜140纳米的紧密封装纤维。纤维没有完全表征,而是基于胶原虫草基因组中的胶原样基因的存在,它们可以是取代胶原的一种形式,动物结缔组织的纤维组织。 Mimivirus是已知具有该外围光纤层的唯一NCLDV成员。 Mimivirus Virion的另一个奇异特征是一个突出的五折星形结构,称为疯狂门户网站。

图片亚伯拉罕明斯基,威兹曼科学研究所提供。

研究表明,AmoEba摄取的覆膜血清虫进入膜质隔室中的细胞,其熔化与溶酶体,这是消化细胞器。预测溶酶体酶的活性导致恒星门户开放。在巨病毒内的内部膜与周围的膜隔室然后显然结合形成通过该病毒基因组传递到宿主的细胞质中的导管。病毒组件复合物称为复制工厂,然后在病毒芯周围的细胞质中形成。复制工厂在初始感染后六小时占据大部分细胞体积直到占据大部分。

在复制厂,空,部分组装的病毒衣壳,无纤维经过DNA包装。据报道,据报道,DNA包装通过病毒衣壳的面部发生,这不是恒星-DNA进入和从病毒中排出并从病毒中出现,这对于病毒非常不寻常。

2008年,从另一个冷却塔中分离出一种新的苗病毒,这是巴黎。由于略微较大的基因组,而不是Mimivirus,新菌株被命名为Mamavirus,它带来了一个惊喜 - 寄生虫病毒名为Sputnik。诸如相当常见的病毒卫星是由少量核酸组成的亚类核酸,其复制取决于病毒基因组。在这种情况下,病毒伴侣可能不完全命名,因为斯图尼克似乎不仅仅是卫星而是其主持人的合法寄生虫。当存在时,它会干扰妈妈在amoebae中的感染性,并且似乎导致形成缺陷的mamavirus病毒藻,这不是传统卫星病毒的情况。这种前所未有的财产和其生活方式的其他功能导致了新组和新名称的提议, 尖刻, 用于寄生病毒的病毒。 2011年4月发表的一篇论文关于一种新的疾病感染的新菌株的新菌株。在巨型病毒研究的繁忙企业中,新闻迅速而经常。

起源

NCLDV组的起源是有争议的。在发现MIMIVIRUS后,一些研究人员,解决其巨大数量的基因,没有可检测到的任何细胞基因-86%的MIMIVIRUS中总编码序列的相似之处 - 得出的结论认为,NCLDV应该被认为是亚古阿西,细菌和Eukarya。已经提出,一些NCLDV基因可能从相同的古代基因库中出现,从中突出原核生物和真核生物。 (见下面的图片,了解生命之树中病毒的讨论。)

芭芭拉anulicino的插图。从Claverie和OGATA对应的数据以及来自López-garcía和Moreira响应,引用的数据在侧边栏中引用。

一个有趣的对比度假设表明,鉴于NCLDV基因组的尺寸和复杂性,现代NCLDV的祖先可能对真核基因组本身引起,或者真核基因组的衰减可能已经产生了NCLDV系列的基因组。病毒和宿主之间的水平基因转移也在NCLDVS(及其宿主细胞)的演变中发挥了重要作用,在生物历史上远远偏离。

鉴于它们的形态学,生态,基因组大小和基因唯一性,已经为巨型病毒提出了一种新名称 - 格兰斯。 新名称的语义和科学目标是强调大型DNA病毒的独特性质,这可能代表了独特和共同的进化历史。期限 病毒 (毒 对希腊人)超过一百多年。自从该词被创造出来的时间内,已经发现了巨大的病毒剂,具有高度分歧的生活方式,生理学和复制策略。当病毒可定义为依赖于其复制的宿主的小型,相对简单的遗传因子,集体组名称令人满意地工作。该术语似乎不太适应,因为大型DNA病毒的形式的特征在于越来越多的细节,并且构件之间的进化关系基于对它们非常大的复杂基因组的深度生物信息分析越来越可见。在过去几年中,这个词 灵魂 在病毒学文献中越来越普遍。

生态作用

新型生物学演员的一部分是考虑到它们在整形环境中的作用。巨大病毒并没有被忽视,因为它们很少见,他们的生态球体中的边缘球员也不忽视。近年来,Metagenomics的紧急领域已经开启了一个了解生态系统的新窗口。环境的偏见组是存在的生物体的所有基因组的总和。使用称为霰弹枪采样的技术,收集环境材料,未侵蚀样品中的DNA随机剪切,并测序所得片段。然后将重叠的序列对齐以重建基因。一些所得基因可以通过引用基因数据库来鉴定许多不能。在雌噬菌素研究中发现的非常多的未识别基因是汹涌的生物多样性运动的驾驶员。通过偏心神经,我们在知道我们的物种数量的特殊地位 知道是巨大的。

循环图像/ corbis

在一个引人注目的环境测序能力的演示中,2002年展示了Mya Breitbart,Forest Rohwer及其同事,200升海水含有超过5,000个不同的病毒,基本上所有这些都是未知的物种。在另一个研究中,全球海洋采样探险探险水域从Nova Scotia到东太平洋在两年的CircumenaVigation期间采用更具靶向蛋白质产品的蛋白质产品,例如特异性DNA聚合酶碎片的方法,以查询偏心组织DNA,因此确定物种的患病率。在86%的样本位点,苗病毒亲属是噬菌体后最丰富的实体。因此,Giruses本质上很常见,很明显还有更多等待的发现。

他们在整形环境中的作用也变得明显。地球上所有光合作用的一半以上是由光合微生物进行的,包括蓝藻和微藻,它们统称为浮游植物。据估计,在任何时候,所有植物植物细胞的20%都被病毒感染,包括数量未知的巨大病毒,但显然是定量重要性。对海洋系统生态的核心,对地球的福祉至关重要,是浮游植物的Microzooplant,被称为Protistan Grazers。迄今为止,已经显示出一种病毒来感染普拉斯坦格拉塞尔, 自助餐厅Roenbergensis. 病毒,或克罗夫 - 一种巨型病毒(730千碱基对,544个预测的蛋白质编码基因)。有趣的是,CROV也有触手可及的疾病。

Phytoplankton与另一个巨大病毒密切相关,海洋,地形和天空以及浮游植物社区生态的后果。 Emiliani Huxleyi.. 是海洋中最丰富的单细胞光合藻类之一。细胞的 E. Huxleyi. 鉴于这些微藻的丰度,产生微小的碳酸钙鳞片,这在海洋的碳循环中起着重要作用。 E. Huxleyi. 在北部和南部半球上定期形成大约10万平方公里的巨大绽放。一种感染的巨型病毒 E. Huxleyi, 被称为EHV(407千碱基对,472个预测的编码序列)主要负责终止这些绽放。消亡 E. Huxleyi. 盛开释放出大量的有机物,包括分离的碳酸钙鳞片,形成大沉积物。一个引人注目的例子是多佛的白色悬崖。

终止 E. Huxleyi. 盛开也导致释放由其他微生物改变的化学物质,产生大量二甲基硫化物,其占我们与海水相关的气味。当二甲基硫化物到达大气时,它会诱导云层和雨。因此,其主持人的EHV感染在其环境的生态学,地质和气候中发挥作用。

巨人病毒?

来自Bradford冷却塔的样品中的Mimivirus颗粒在细菌中发现了有可能引起肺炎的潜力,因此对苗病毒可能是人类病原体的问题一直感兴趣。

乍一看,赔率似乎不太可能是Amoebae的病原体可以实现人类感染的飞跃。人类和amoebae分开了8亿年的进化,并且在病毒学中大的峡谷中的感染速度是高度不寻常的。通常,病毒感染对其宿主具有高度特异性。这种特异性是要求病毒共同选择宿主细胞的合成机制以进行复制。这样做需要在感染阶段的病毒和宿主组分之间的许多复杂和特异性的大分子相互作用,从细胞进入病毒复制,这需要劫持大多数细胞的生化和分子机械,通常与细胞防御的额外抑制相结合。这并不令人惊讶,那么,与艾滋病毒,艾滋病的原因和Simian菌株,SIV,SIV,SIV的相似病毒并不令人惊讶,不要交叉感染密切相关的灵长类动物目标。

然而,Mimivirus经常挑战通常的规则。当清除剂吞噬时,它会进入吞噬细胞(如amoebae和可能的人巨噬细胞)。它通过相对非特异性膜融合吞噬后围绕它的液泡。从那时起,它的巨大补充超过1,000个基因可能会赋予劫持或复制细胞功能超出较少遗传禀赋的病毒能力的能力。

迄今为止,只有苗条的证据表明苗病毒可能会感染人类。一个加拿大实验室暗示问题应保持开放的一个加拿大实验室。其他研究发现没有人类感染的证据。 2009年的审查提出了谨慎的课程是将Mimivirus临时治疗为生物安全2病原体,该病原体的指定仅导致轻度疾病或不太可能被沟通为实验室中的气溶胶。

巨型NCLDV病毒可能有一个古老的进化历史,但它们是病毒学家现场最新的东西之一。应注意,除了NCLDV成员之外,还有其他有资格作为种质的病毒,包括细菌病毒,如噬菌体G和病毒称为白斑综合征病毒,这导致养殖虾的主要经济意义疾病。随着研究的努力仍在早期阶段,巨大病毒已经产生科学和经济的益处。正在发现新的酶,其具有基于其功能的商业价值,并且还基于病毒酶通常在班级中最小的事实,使其成为机械和结构研究的理想模型。目前,研究性腺的一个障碍是,它们都不能通过分子技术遗传修饰。希望这个障碍很快就会下降。

参考书目

  • Claverie,Jean-Michel和Chantal Abgerl。 2010. Mimivirus:准自主病毒的新兴悖论。 遗传趋势 26:431–437.
  • 帕特雷,帕特里克。 2010.巨型病毒:在重新审视病毒概念时冲突。 中间学 53:362-378。
  • Klose,Thomas等。 2010.苗内血针的三维结构。 中间学 53:268–273.
    • Koonin,Eugene V.和Natalya Yutin。 2010.真核大核 - 细胞质DNA病毒的起源和演化。 中间学 53:284-292。
    • Kristenson,David M.,Arcady R. Mushegian,Valerian V. Dolja和Eugene V. Koonin。 2010.通过偏见组织发现的病毒世界的新尺寸。 微生物学的趋势 18:11–19.
    • Legendre,Matthieu等。 2011.使用超深基因组和转录组测序打破了覆敏血症的1000基因屏障。 病毒学杂志 8:99-105。
    • raoult,didier。 2010年。来自达尔文的病毒世界的Amoeba的巨型病毒。 中间学 53:251-253。
    • Raoult,Didier和Mickael Boyer。 2010. amoebae担任巨型病毒的生殖器和储层。 中间学 53:321-329。
    • rohwer,森林和丽贝卡维加·瑟伯。 2009.病毒操纵海洋环境。 自然 459:207-212。
    • Van Etten,James L. 2011.另一个真的,真的很大的病毒。 病毒 3:32-46。
    • Van Etten,James L.,Leslie C. Lane和David D. Dunigan。 2010. DNA病毒:真正的大型(Giruses)。 微生物学的年度审查 64:83-99。
    • 肖,川。 2009.巨型苗病毒的结构研究。 PLOS生物学 7(4):E100092。
    • 姚明,Sheree等。 2011.南极藻类宿主病毒动力学的尖刻控制。 美国科学院的诉讼程序U.S.A. 108(15):6163–6168.
    • Zauberman,Nathan等。 2008.在病毒中明显的DNA退出和包装门户网站 Acanthamoeba polyphaga 覆盖物。 PLOS生物学 6(5):e114.

美国科学家评论政策

留主题。尊重。我们保留删除评论的权利。

请阅读我们 评论政策 before commenting.