作者：貝塔-魚

病毒不是嚴(yán)格意義上的生命，只能寄生在宿主細(xì)胞內(nèi)。病毒很小，結(jié)構(gòu)也非常簡單，通常由一種核酸（DNA或RNA）和蛋白質(zhì)外殼構(gòu)成，有些病毒還含有脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的包膜。有一類被稱為類病毒的家伙干脆連蛋白質(zhì)都不要了，只剩下一個RNA基因組“繁衍生息”。而朊病毒只是一類具有異常結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，所以科學(xué)家們一直在爭論是否應(yīng)該把它劃入病毒。病毒基因組所編碼的蛋白質(zhì)種類非常有限，一般僅包括構(gòu)成病毒顆粒的結(jié)構(gòu)蛋白，負(fù)責(zé)病毒基因組復(fù)制和病毒顆粒組裝的非結(jié)構(gòu)蛋白，而病毒復(fù)制擴(kuò)增所不可缺少的蛋白質(zhì)翻譯和物質(zhì)能量代謝等過程都需要依靠宿主細(xì)胞來完成。

相比病毒而言，細(xì)胞體積要大得多，成分和結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜。后者同時含有DNA和RNA兩種核酸，基因組編碼信息量大，能夠自主進(jìn)行物質(zhì)能量代謝和蛋白質(zhì)合成，而且具有增殖的能力或潛力。所以，所有真核細(xì)胞和原核細(xì)胞，無論是單細(xì)胞的還是多細(xì)胞的，都和病毒劃清了界限。科學(xué)家往往通過上述特征，來區(qū)分病毒和細(xì)胞生命體。但是，地球上的生命類型是多樣的，當(dāng)我們絞盡腦汁為它們劃定界限時，總會出現(xiàn)一些“不守規(guī)矩”的家伙。

有一類比較特殊的微生物叫衣原體，它的體積比典型的細(xì)菌小很多，寄生于活細(xì)胞中，過去一度被認(rèn)為是一種病毒。但是隨著認(rèn)識的深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，衣原體生命周期雖然需要宿主細(xì)胞提供能量，但其同時含有DNA和RNA兩種核酸，外被與細(xì)菌類似的細(xì)胞壁，同時還對多種抗生素敏感，所以后來將其歸入廣義的細(xì)菌范疇。

到了1992年，又有一種“不守規(guī)矩”的家伙出現(xiàn)了。這也是一種寄生體，它在革蘭氏染色（細(xì)菌鑒別染色方法）時類似于細(xì)菌，但是只含有一種類型的核酸，不能自主完成生命周期。由于這些特征，科學(xué)家在2003年時將它歸為病毒，并正式命名為Mimivirus（mimi: mimicking microbe，酷似細(xì)菌）。發(fā)現(xiàn)一種新的病毒不是新鮮事，因?yàn)楝F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的病毒僅占了地球上病毒種類的一小部分。然而，Mimivirus的發(fā)現(xiàn)卻徹底刷新了人們對于病毒的認(rèn)識，原因在于，這種病毒很大，超過了人們原本認(rèn)為病毒所應(yīng)該擁有的大小，于是科學(xué)家們興奮地宣布，他們發(fā)現(xiàn)了世界上最大的病毒。

這種病毒大到什么程度呢？ 我們回顧一下病毒的發(fā)現(xiàn)來說這個問題。

100多年前，孟德爾剛剛種出他那劃時代的豌豆，一種會導(dǎo)致煙草這一經(jīng)濟(jì)作物減產(chǎn)的花葉病引起了人們的關(guān)注。1892年，俄國科學(xué)家伊凡諾夫斯基把患有花葉病的煙草葉子搗碎成汁，并用使用一種濾器來過濾，卻發(fā)現(xiàn)過濾液仍能導(dǎo)致另外的植株生病。他使用的濾器孔徑大約為0.2-0.4微米，而典型的細(xì)菌直徑大約在0.5微米到5微米之間，這種孔徑的濾器可以過濾掉幾乎所有的細(xì)菌，所以他認(rèn)為這種感染性物質(zhì)可能是細(xì)菌分泌的毒素。隨著研究的深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這是一種具有傳染性的可溶性分子，并可在宿主細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)增?，F(xiàn)在我們知道，這種可溶性分子就是病毒，它的直徑通常小于0.2微米，可以自由的通過細(xì)菌濾器，所以在相當(dāng)長一段時間里，病毒也被稱為濾過性病毒，還有人利用這種方法來判斷一種微生物是不是病毒。

Mimivirus的直徑大約在0.4-0.5微米，它的直徑比脊髓灰質(zhì)炎病毒（直徑約為0.02-0.03微米）大幾十倍，幾乎不能通過細(xì)菌濾器，所以這種寄生物放在過去，肯定是不會被歸入病毒范疇的。Mimivirus的大小不僅體現(xiàn)在體積上，它的基因組含有近120萬個堿基對，相比之下，脊髓灰質(zhì)炎病毒僅含有約7500個堿基對?？茖W(xué)家對其基因組序列分析后發(fā)現(xiàn)，這種病毒大約編碼1000多個基因，是一般病毒的幾十倍到上百倍，而且其中相當(dāng)一部分從來沒有在已知的病毒中發(fā)現(xiàn)過。更讓科學(xué)家驚訝的是，這種病毒竟然自己編碼了涉及基因組DNA修復(fù)和蛋白質(zhì)翻譯功能的部分基因，而這些功能一直以來都被認(rèn)為僅存在于細(xì)胞生命體中。不過，由于Mimivirus不編碼核糖體相關(guān)蛋白，所以它仍然需要借助宿主細(xì)胞的翻譯系統(tǒng)才能完成自己蛋白質(zhì)的翻譯。

 【Mimivirus在三域系統(tǒng)上的分支 圖片來源：http://www.giantvirus.org/intro.html】

2008年，科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了一種大病毒，命名為Mamavirus （其實(shí)起這個名字是為了和Mimivirus相呼應(yīng)，連來就是媽媽咪咪病毒）。這種病毒的大小和基因組長度與Mimivirus差不多，它的宿主也是阿米巴原蟲。這些發(fā)現(xiàn)，使得科學(xué)家們對于這類巨型病毒（giant virus）的研究越來越感興趣。

2011年，一種更大的病毒在智利海岸被分離出來，這種病毒被命名為Megavirus chilensis，個頭比Mimivirus大6.5%，基因數(shù)量也多了10%。于是科學(xué)家們又一次興奮地宣布，他們發(fā)現(xiàn)了世界上最大的病毒。

然而，這個記錄僅保持了兩年就被刷新了。2013年7月，同為發(fā)現(xiàn)Megavirus chilensis的研究小組又宣布他們發(fā)現(xiàn)了兩種更大的病毒，分別是從智利Tunquen河口的表層沉積物層中采集到的Pandoravirus salinus（潘多拉病毒，salinus：咸的），和從澳大利亞墨爾本附近的一個淺層淡水池塘分離到的Pandoravirus dulcis（潘多拉病毒，dulcis：甜的），這兩種病毒的宿主也是阿米巴原蟲。

 【左圖：潘多拉病毒；右圖：棘阿米巴細(xì)胞內(nèi)的潘多拉病毒，都是咸的 圖片來源：Nadège Philippe et al. Science, 2013】

潘多拉病毒的發(fā)現(xiàn)，再一次刷新了人們對于病毒的認(rèn)識，它的長徑可以達(dá)到1微米，甚至超過了一些細(xì)菌（金黃色葡萄球菌直徑在0.5-1.0微米），已經(jīng)可以輕松的在普通光學(xué)顯微鏡下看到。其中咸的潘多拉病毒基因組長度達(dá)到247萬個堿基對（大腸桿菌基因組長度大約為400多萬個堿基對），編碼了2500多個基因，大約為人類基因組編碼數(shù)量的十分之一。

經(jīng)過初步分析，潘多拉病毒基因組中有約93%的基因功能未知，而且在目前已知的生命體中找不到相似的基因。在可知的信息中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)潘多拉病毒也編碼了一些蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)中的組分，但仍然不能自己完成蛋白質(zhì)合成。另外，依然沒有找到負(fù)責(zé)糖代謝的酶和構(gòu)成細(xì)胞骨架的蛋白，而這些蛋白質(zhì)在細(xì)胞生命體物質(zhì)能量代謝和分裂增殖中發(fā)揮了重要的功能。同時，科學(xué)家在潘多拉病毒的基因組中發(fā)現(xiàn)了大量的內(nèi)含子，這進(jìn)一步增加了其基因組的復(fù)雜性。由于對這種病毒知之甚少，還很難對它的起源和進(jìn)化進(jìn)行研究，也正是由于有太多的未知，對于這種病毒的研究就像打開了潘多拉魔盒，里面會有更多的驚奇等待著科學(xué)家們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。

潘多拉病毒的發(fā)現(xiàn)著實(shí)又讓科學(xué)家們興奮了一次，這項(xiàng)研究發(fā)表在著名的《科學(xué)》雜志上，同樣，他們又一次向世界宣布，這是目前發(fā)現(xiàn)的世界上最大的病毒。誰也不知道未來還會不會有更大的病毒被發(fā)現(xiàn)，不過，大病毒的發(fā)現(xiàn)，打破了人們對于病毒的經(jīng)典認(rèn)識，促使科學(xué)家們重新思考病毒的定義以及生命和非生命界限的劃分。

有科學(xué)家認(rèn)為大病毒可能來源于某些單細(xì)胞生物體，它們在進(jìn)化過程中丟失了一些基因，便成為了靠寄生生活的病毒。由于大病毒的特殊性，也有科學(xué)家建議將它們單獨(dú)劃為一域，并加入以往分為細(xì)菌，古生菌和真核生物的三域系統(tǒng)。然而，目前，這些巨型的寄生微生物仍被歸入病毒范疇，是因?yàn)樵谝欢ǔ潭壬?，它們?nèi)匀环辖?jīng)典病毒的特征，比如只含有一種核酸，不能自主進(jìn)行能量代謝，無法自我分裂增殖，只在宿主細(xì)胞中顯示出生命特性。也正是因?yàn)椤安皇匾?guī)矩”，大病毒的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步拉近了生命與非生命之間的距離，也為生命起源和進(jìn)化的研究提供了重要的信息。

值得欣慰的是，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的大病毒對人類并沒有什么威脅，僅有極少數(shù)報(bào)道說Mimivirus可能會引起人類肺炎。最后，推薦 Giant Virus Site （www.giantvirus.org）給大家作為學(xué)習(xí)資料，這個網(wǎng)站上收集了近年來人們對于巨型病毒的認(rèn)識，同時還列出了基因組最大的100多種病毒的信息 （http://www.giantvirus.org/top.html）。

參考文獻(xiàn)

La Scola B. et al, A Giant Virus in Amoebae. Science 2003; 299: 2033

Arslan D. et al, Distant Mimivirus relative with a larger genome highlights the fundamental features of Megaviridae. PNAS 2011; 108: 17486-17491

Nadège Philippe et al. Pandoraviruses: Amoeba Viruses with Genomes Up to 2.5 Mb Reaching That of Parasitic Eukaryotes. Science 2013; 341: 281-286