科学家发现迄今为止最大噬菌体 基因组是普通噬菌体的15倍

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科学家们发现了数百种反常巨大的灭菌病毒,它们的才能一般与活的有机体有关,然后含糊了活的微生物和病毒机器之间的边界。

这些噬菌体因“吃”细菌而得名,其巨细和复杂性被以为是生命的典型特征,它们带着着许多一般在细菌中发现的基因,并使用这些基因来抵挡它们的细菌宿主。

加州大学伯克利分校的研讨人员及其合作者经过搜索巨大的DNA数据库来发现这些巨大的噬菌体,这些数据库是从近30种不同的地球环境中发生的,这些DNA从早产儿和孕妈妈的内脏到藏族温泉,南非生物反应器,病房,海洋,湖泊和地下深处。

他们总共判定出351种不同的巨型噬菌体,它们的基因组都比以单细胞细菌为食的病毒的均匀基因组大四倍以上。

其间有迄今为止发现的最大噬菌体:它的基因组有73.5万个碱基对长,几乎是一般噬菌体的15倍。这个已知最大的噬菌体基因组比许多细菌的基因组大得多。

“咱们正在探究地球的微生物群落,有时会呈现意想不到的工作。这些病毒细菌是生物的一部分,能仿制实体,,但咱们对此知之甚少。”加州大学伯克利分校教授吉尔·班菲尔德说,他是地球和行星科学和环境科学、方针和办理但资深研讨员,也是有关该发现的资深作者,该论文宣布在2月12日在《天然》杂志上。“这些巨大的噬菌体填补了非活体噬菌体与细菌和古菌之间的空白。看来必定有一些成功的生计战略,它们是咱们所以为的传统病毒和传统生物体的混合体。”

具有挖苦意味的是,这些巨大的噬菌体所带着的DNA正是细菌用来对立病毒的CRISPR体系的一部分。很有或许,一旦这些噬菌体将它们的DNA注入细菌,病毒的CRISPR体系就会增强宿主细菌的CRISPR体系,或许首要是针对其他病毒。

加州大学伯克利分校的研讨生Basem Al-Shayeb说:“这些噬菌体怎么从头使用咱们以为是细菌或古细菌的体系,以使其本身获益于它们的竞赛,促进这些病毒之间的战役,这令人入神。”Al-Shayeb和他的搭档Rohan Sachdeva是《天然》杂志上这篇论文的榜首作者。

其间一种巨大的噬菌体还能制造出一种类似于Cas9蛋白质的蛋白质,该蛋白质是革命性东西CRISPR-Cas9的一部分,这一东西由加州大学伯克利分校的詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)和她的欧洲搭档艾曼纽埃尔·查彭蒂尔(Emmanuelle Charpentier)为基因修改而改造,两人获得了以色列2020年沃尔夫医学奖。研讨小组将这种细小的蛋白质称为CasØ,由于希腊字母Ø或phi一般被用来表明噬菌体。

“在这些巨大的噬菌体中,有很大的潜力为基因组工程找到新的东西。”Sachdeva说,“咱们发现的许多基因都是不知道的,它们没有假定的功用,或许是工业、医疗或农业使用的新蛋白质来历。”

除了为噬菌体和细菌之间不断的战役供给新的见地外,这些新发现还对人类疾病发生了影响。病毒一般在细胞间带着基因,包含对立生素发生耐药性的基因。由于噬菌体呈现在细菌和古菌日子的当地,包含人类肠道微生物群,它们可以把有害的基因带到人类的细菌中。

“某些疾病是由噬菌体直接引起的,由于噬菌体会绕过与发病机理和抗生素抗性有关的基因。”班菲尔德说,“基因组越大,环绕这些基因的移动才能就越大,而且可以将不良基因传递给人类微生物群中细菌的或许性就越高。”班菲尔德也是立异基因组学研讨所(IGI)微生物研讨的担任人和CZ Biohub研讨人员。

对地球生物群落测序

15年来,班菲尔德一向在探究细菌的多样性,她说,古生菌是细菌和噬菌体在地球上不同环境中的诱人表亲。她的办法是对样本中的一切DNA进行测序,然后将片段拼接在一起,构成一张基因组草图,或许在某些情况下,将从未见过的微生物的基因组彻底整理好。

在这个过程中,她发现许多新的微生物都有极端细小的基因组,好像不足以保持独立的生命。相反,它们好像依托其他细菌和古生菌生计。

一年前,她陈述说,一些最大的噬菌体,她称之为Lak噬菌体,可以在咱们的肠道和口腔中找到,它们以肠道和唾液中的微生物为食。

《天然》杂志的这篇新论文对Banfield所堆集的一切宏基因组序列中的巨型噬菌体进行了更深化的研讨,并从全球的研讨合作者那里获得了新的宏基因组。这些宏基因组来自狒狒、猪、阿拉斯加驼鹿、土壤样本、海洋、河流、湖泊和地下水,其间包含一向饮用被砷污染的水的孟加拉国人。

研讨小组判定了351个噬菌体基因组,其长度超越200个碱基,是均匀噬菌体基因组长度50个碱基的四倍。他们可以确认175个噬菌体基因组的切当长度;其他的或许比200kb大得多。完好的基因组中有73.5万个碱基对,是现在已知最大的噬菌体基因组。

尽管这些巨大的噬菌体中的大多数基因编码不知道蛋白质,但研讨人员可以辨认出编码蛋白质的基因,这些蛋白质对核糖体这一机制至关重要,核糖体将信使RNA转化为蛋白质。这种基因一般不存在于病毒中,只存在于细菌或古生菌中。

研讨人员发现了许多搬运RNA的基因,这些搬运RNA带着氨基酸到核糖体,并被整合到新的蛋白质中;装载和调理tRNAs的蛋白质基因;发动翻译的蛋白质基因,乃至是核糖体本身的片段。 

“一般,区别生命和非生命的是核糖体和翻译才能;这是区别病毒和细菌、非生命和生命的首要界说特征之一。”Sachdeva说,“一些大型噬菌体有许多这样的翻译机制,所以它们的边界有点含糊。”

巨大的噬菌体很或许使用这些基因改动核糖体的方向,以献身细菌蛋白为价值来仿制更多的本身蛋白。一些巨大的噬菌体也有代替的遗传暗码,核酸三联体编码一种特定的氨基酸,这或许会混杂解码RNA的细菌核糖体。

此外,一些新发现的巨型噬菌体带着在多种细菌CRISPR体系中发现的Cas蛋白变体的基因,如Cas9、Cas12、CasX和CasY宗族。CasØ是Cas12宗族的一个变种。一些大型噬菌体也有CRISPR阵列,这是细菌基因组的一部分,病毒DNA的片段被贮存在这里以备将来参阅,这使得细菌可以辨认回来的噬菌体,并调集它们的Cas蛋白来定位和切开它们。

“从高层次的来看,具有大型基因组的噬菌体在地球的整个生态体系中都十分杰出,它们并不是一个生态体系的共同之处。”班菲尔德说:,“而具有大型基因组的噬菌体是相关的,这意味着这些现已树立的谱系有着很长的大型基因组的前史。具有大型基因组是一种成功的生计战略,而咱们对这种战略知之甚少。”

研讨人员将这3.51亿噬菌体分为10个新的类群,或称支系,以论文合著者的母语中表明“大”的单词命名:Mahaphage(梵语)、Kabirphage、Dakhmphage和Jabbarphage(阿拉伯语);Kyodaiphage(日语);Biggiephage(澳大利亚英语),Whopperphage(美式英语);Judaphage(中文),Enormephage(法语);和Kaempephage(丹麦语)。

原文来历:https://phys.org/news/2020-02-huge-bacteria-eating-viruses-gap-life.html




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