（芒果妖怪/譯）病毒是生物，它們和細(xì)胞一同經(jīng)歷了漫長的進(jìn)化史——這一假說最近得到了一項(xiàng)新研究[1]的支持。研究人員稱，這項(xiàng)研究首次提供了可靠的方法，將病毒的演化追溯到病毒和細(xì)胞都還不以當(dāng)前形式存在的時(shí)期。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志上。
伊利諾大學(xué)作物科學(xué)教授、卡爾·烏斯基因組生物學(xué)研究所教授古斯塔沃·凱埃塔諾-安諾萊斯（Gustavo Caetano-Anollés）帶領(lǐng)研究生阿爾上·納西爾（Arshan Nasir）完成了這項(xiàng)分析。
古斯塔沃·凱埃塔諾-安諾萊斯的團(tuán)隊(duì)用生物信息學(xué)方法分析了病毒蛋白質(zhì)的折疊，從而追溯其演化歷程。
圖片來源：L. Brian Stauffer/illinois.edu
古斯塔沃表示，在此之前，病毒的分類相當(dāng)困難。國際病毒分類委員會(huì)在它最新的報(bào)告中將病毒根據(jù)形態(tài)大小、遺傳結(jié)構(gòu)和增殖方式將之劃分出了7個(gè)目?！盎谶@種分類方式，同一目下不同科的病毒很可能來自共同的病毒祖先?！闭撐淖髡邔懙?，“然而，（104個(gè)科中）僅有26個(gè)能歸到特定目中，它們中大多數(shù)病毒的進(jìn)化關(guān)系也尚不明確?！?/p>
這種不明確部分歸因于病毒的豐富多樣。盡管科學(xué)家估計(jì)有超過100萬種病毒，但目前經(jīng)過鑒定并測序的病毒還不到4900種。很多病毒極小，比細(xì)菌和其他微生物還要小很多，并且只包含少數(shù)基因；有些病毒——比如近期發(fā)現(xiàn)的擬菌病毒（mimivirus）——卻個(gè)體巨大，基因組也甚至比某些細(xì)菌的還大。
圖中展示的分別是噬菌體（225nm）、艾滋病病毒（120nm）、埃博拉病毒（970nm）和西伯利亞闊口罐病毒（1500nm）。多種多樣的形態(tài)、基因組大小和生活方式使病毒分類非常困難。
圖片來源：Julie McMahon
這項(xiàng)新研究專注于研究龐大的蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)（folds）庫——所有細(xì)胞和病毒的基因組都編碼蛋白質(zhì)，而折疊是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基石，賦予蛋白質(zhì)復(fù)雜的三維形狀。通過比較“生命之樹”各分支上蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)的異同，研究人員能夠重建折疊結(jié)構(gòu)的演化史，以及編碼這些結(jié)構(gòu)的生物體的演化史。
古斯塔沃解釋，研究人員之所以選擇研究蛋白質(zhì)的折疊結(jié)構(gòu)，是因?yàn)椴《净蚪M的序列在不斷地迅速改變，它們的高突變率模糊了深藏其中的進(jìn)化跡象。蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)是更好的古事件標(biāo)記，因?yàn)榧词咕幋a蛋白質(zhì)的基因序列開始發(fā)生變化，其三維結(jié)構(gòu)依然可能維持不變。
通過研究蛋白質(zhì)的折疊結(jié)構(gòu)，研究者得以窺視各種病毒間可能的演化關(guān)系。
圖片來源：Arshan Nasir
如今，很多病毒（包括致病病毒）占用宿主細(xì)胞的蛋白質(zhì)組裝機(jī)器來自我復(fù)制，從而繼而擴(kuò)散到其他細(xì)胞。病毒常常將自己的遺傳物質(zhì)插入到宿主DNA中。事實(shí)上，古病毒的整合痕跡已經(jīng)成為了現(xiàn)在大多數(shù)細(xì)胞生物體基因組的永久特征——包括人類在內(nèi)。古斯塔沃說，這種轉(zhuǎn)移遺傳物質(zhì)的本領(lǐng)可能是病毒最初充當(dāng)“多樣性傳播者”角色的證據(jù)。
研究人員分析了涵蓋了生命樹所有分支的5080種生物體（包括3460種病毒）中已知的蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)。利用先進(jìn)的生物信息學(xué)方法，他們鑒定出細(xì)胞和病毒共享的442種蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)，另有66種為病毒所特有?！斑@說明你能構(gòu)建一棵生命樹了，因?yàn)槟阍诓《局邪l(fā)現(xiàn)了大量的特征，這些特征所具有的性質(zhì)不但在細(xì)胞里存在，在病毒里也都存在?！?古斯塔沃說，“而除了和細(xì)胞共有的這些組分，病毒也有自己獨(dú)特的結(jié)構(gòu)?！?/p>
古斯塔沃說，事實(shí)上，此次研究在病毒中發(fā)現(xiàn)了從未在細(xì)胞中出現(xiàn)過的基因序列。這和“病毒的所有基因都來自于細(xì)胞”的假說相悖。他說，這一點(diǎn)，聯(lián)合其他發(fā)現(xiàn)，也支持病毒是“開拓創(chuàng)新者”的觀點(diǎn)。
利用在線蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，納西爾和古斯塔沃用計(jì)算機(jī)方法構(gòu)建了包括病毒在內(nèi)的生命樹。數(shù)據(jù)顯示，“病毒起源于多種古細(xì)胞……并且和現(xiàn)代細(xì)胞的祖先共存?！惫潘顾终f，這些古細(xì)胞很可能含有不連續(xù)的RNA基因組。
根據(jù)442種由病毒與細(xì)胞生物共享的蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)重建的系統(tǒng)發(fā)生樹。
圖片來源：研究論文[1]
古斯塔沃說，數(shù)據(jù)還顯示，在進(jìn)化史的某個(gè)節(jié)點(diǎn)，即現(xiàn)代細(xì)胞生物出現(xiàn)不久后，大多數(shù)病毒獲得了將自己包裝進(jìn)蛋白質(zhì)外殼的能力，以保護(hù)其遺傳物質(zhì)、使其部分生活史能夠發(fā)生在宿主細(xì)胞外，并進(jìn)行傳播。形成病毒衣殼的蛋白質(zhì)就包含病毒特有的蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)。
“隨著時(shí)間推移，這些衣殼變得越來越精細(xì)，使得病毒能夠感染那些原先能抵抗它們的細(xì)胞。”納西爾說，“這是寄生的典型特征?！?/p>
有些科學(xué)家認(rèn)為病毒并非生物，只是依存于細(xì)胞生命的DNA和RNA片段。他們指出，病毒不能在宿主細(xì)胞外復(fù)制（增殖），還要依靠細(xì)胞的蛋白質(zhì)組裝機(jī)器執(zhí)行功能。但是很多證據(jù)顯示，病毒和其他生物體的區(qū)別并沒有那么大，古斯塔沃說。
“很多生物體都需要依賴其他生物體生存，比如生活在細(xì)胞內(nèi)的細(xì)菌、專性寄生關(guān)系中的真菌—他們依靠宿主完成生活史?！彼f，“病毒也正是這么做的?！?/p>
古斯塔沃說，巨大的擬菌病毒在21世紀(jì)初被發(fā)現(xiàn)，也挑戰(zhàn)了關(guān)于病毒本質(zhì)的傳統(tǒng)觀點(diǎn)?！斑@些巨大的病毒與只有7個(gè)基因的微小的埃博拉病毒不同，它們體型龐大，還有巨大的基因庫?！彼f，“有些病毒的外形、基因組都和寄生細(xì)菌差不多大，甚至比它們更大。
古斯塔沃說，有些巨大的病毒還有編碼翻譯過程（即細(xì)胞讀取基因序列，組建蛋白質(zhì)的過程）中關(guān)鍵蛋白質(zhì)的基因，而病毒內(nèi)缺乏翻譯機(jī)器曾是人們將它們歸為非生命體的理由。
“這理由時(shí)過境遷了?！惫潘顾终f，“現(xiàn)在病毒值得在生命樹中占有一席之地了。顯然，病毒可沒我們以前想得那么簡單?！?/p>
（編輯：Calo）
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