病毒竟然也有免疫系统!

作者: 贝塔-鱼

来源: 果壳

发布日期: 2016-03-06

科学家发现一些病毒具有“免疫系统”,能够抵抗其他病毒的感染。这些病毒被称为“噬病毒体”,它们会侵占大病毒的“工厂”并影响其复制。大病毒的免疫系统类似于细菌的CRISPR/Cas系统,能够记录并抵抗噬病毒体的入侵。

在最新一期的《自然》期刊上,一组研究者宣布了他们的新发现:一些病毒也具有“免疫系统”。病毒也能被病毒感染!免疫系统的任务是对付入侵的病原体,但病毒怎么看都应该是去入侵别人的那一方才对。的确,自从被发现起,病毒就和各种各样的感染疾病联系在一起。病毒不能够独立地完成它们的"生命"周期,因此它们总要感染到某种类型的宿主细胞里去。

但是,科学家们确实发现,一些病毒竟然也会遭到别的病毒的感染,它们的“健康”还因此受到了威胁。

这是怎么回事呢?我们先要从一类奇特的超大号病毒说起。1992年,科学家们发现了一种微生物,它的个头、染色表现看起来都像是细菌,但到了2003年,进一步的研究却发现,它其实是种大块头的病毒。这种酷似细菌的病毒被称为“米米病毒”(Mimivirus)。

米米病毒的出现颠覆了人们对病毒的认识:它实在太大了,遗传物质的量也比其他病毒多出了很多。米米病毒的基因数是一般病毒的几十到上百倍,这种病毒甚至还自己编码了涉及基因组DNA修复和蛋白质翻译功能的部分基因。不过,米米病毒还是必须依赖细胞宿主才能“生活”。在米米病毒之后,科学家们又陆续发现了更多巨型病毒,一种比米米病毒个头还大的病毒还被命名成了“妈妈病毒”(Mamavirus)。

这还不算完,在这些大块头被划入病毒之后,科学家们又发现了能够感染它们的病毒!是的,病毒竟然还会被病毒感染,这个消息足以让病毒学家们晕倒一片。米米病毒等大病毒感染的宿主是阿米巴原虫,它们入侵之后会在阿米巴的体内制造一个“大病毒工厂”(giant viral factory)的结构来制造新的病毒后代。而科学家们用电子显微镜观察这些病毒时,又在大病毒工厂里发现了另一种病毒。

一个细胞同时感染两种病毒的情况并不少见,有些病毒(比如丁型肝炎病毒)甚至只有在另一种病毒的辅助下才能正常复制。但是这一次的情况就不一样了:这种新病毒并不是和大病毒和平共处,而是对后者造成了威胁。它会进入"大病毒工厂",并将里面的"机器"抢夺过来,用于"生产"自己的子孙后代。这样一来,大病毒的复制就受到了极大影响,不但减产,而且后代往往还带有缺陷。

所以,科学家们认为这种新病毒更像是大病毒们的"寄生虫",它感染大病毒的过程也像是病毒感染宿主细胞那样。于是,科学家们参照噬菌体,把这些新病毒叫做“噬病毒体”。噬病毒体的个头和经典的病毒差不多,除了与其他病毒类似的基因之外,它们还带有来自米米病毒这样大病毒的基因,这可能就是它们侵占“大病毒工厂”时从宿主那儿掠夺来的。就像其他病毒对宿主细胞做的那样,这些噬病毒体也会把基因转移给它们的大病毒宿主。

大病毒的 “基因剪刀”有入侵的地方总会有反抗,在演化过程中,宿主们也产生了抵抗病毒感染的系统。高等动物体内有复杂的免疫系统来负责这事儿,而细菌体内也有一套简单有效的防御系统——那就是近年来生物学家们竞相追捧的“基因剪刀”CRISPR/Cas。当病毒感染细菌之后,细菌会把病毒基因组序列的片段插入自己的基因组里,把病毒的特征记录下来。

细菌存放入侵病毒序列的基因区域呈现出"规律间隔成簇短回文重复序列"(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, CRISPR),这便是CRISPR。如果下次再有同样的病毒来的时候,细菌便会调动这些之前插入进来的片段,让它们带着一个能够切割病毒基因组的核酸酶去"杀死"病毒,这个酶便是Cas蛋白。

这套系统剪切基因的特性也被人类用在了基因编辑当中。

米米病毒的“免疫系统”与细菌的CIRSPR/Cas系统有很多相似之处。而这一次在米米病毒体内发现的“免疫系统”,它也是和CIRSPR/Cas系统类似的一把“基因剪刀”。2014年的时候,有一种感染米米病毒的新噬病毒体被发现,它的名字叫Zamilon。

科学家们发现,有一些米米病毒可以抵御Zamilon,经过分析和实验,他们在这些大病毒的基因组里发现了噬病毒体的基因片段。在这个基因附近,科学家们还找到了类似细菌Cas蛋白的核酸酶“剪刀”。也就是说,大病毒也会把感染它的噬病毒体基因片段“记下来”,并用核酸酶“剪刀”去剪切入侵者的基因组,从而阻止它们进一步扩增。

现在,米米病毒中发现的免疫系统也有自己的名字:MIMIVIRE(Mimivirus virophage resistance element,米米病毒噬病毒体抵抗元件)。

关于病毒是不是生命的问题,科学家们还没有共识,而大病毒的发现则进一步模糊了“生命”和“非生命”的边界——这些病毒依然不能独立生存,但却有着复杂的基因和功能,甚至连免疫机制都有了,我们究竟该如何看待它们呢?在第一个噬病毒体发现的时候,有记者在《自然》上发表了一则新闻:《噬病毒体的发现表明病毒是活的》。不知道这个记者在看到MIMIVIRE的时候是不是会拍拍大腿,跳起来说:"看!病毒真是活的!"

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