ISME J | 首次发现一种病毒附着在另一种病毒上

在此之前，没有人见过一种病毒附着在另一种病毒上的情况。在一项新的研究中，来自美国马里兰大学巴尔的摩县分校、华盛顿大学和西班牙巴塞罗那自治大学的研究人员在世界上首次发现了这一点。相关研究结果近期发表在ISME Journal期刊上，论文标题为“Simultaneous entry as an adaptation to virulence in a novel satellite-helper system infecting Streptomyces species”。

论文通讯作者、马里兰大学巴尔的摩县分校生物科学教授Ivan Erill解释说，众所周知，一些称为“卫星病毒（satellite virus）”的病毒不仅依赖宿主生物完成生命周期，还依赖另一种称为“辅助病毒（helper virus）”的病毒。卫星病毒需要辅助病毒来构建它的衣壳---一种包裹病毒遗传物质的保护壳），或者帮助它复制 DNA。

这些病毒关系要求卫星病毒和辅助病毒至少暂时相互靠近，但是在此之前还没有卫星病毒真正附着在辅助病毒上的已知案例。

在这项新的研究中，这些作者首次观察到称为卫星噬菌体（一种感染细菌细胞的病毒）的卫星病毒持续附着在称为辅助噬菌体的辅助病毒的“颈部”，即病毒的衣壳与它的尾部的连接处。

在论文共同第一作者、马里兰大学巴尔的摩县分校自然与数学科学学院核心设施助理主任Tagide deCarvalho拍摄的详细电子显微镜图像中，80%（50 张中的 40 张）的辅助噬菌体在颈部有卫星噬菌体结合。其中一些没有卫星噬菌体结合的辅助噬菌体在颈部有残余的卫星噬菌体卷须。Erill形容它们看起来像“咬痕”。deCarvalho说，“当我看到这一点时，我简直不敢相信。从来没有人见过噬菌体或任何其他病毒附着在另一种病毒上。”

长期的病毒关系

在初步观察之后，论文共同第一作者、Erill实验室研究生Elia Mascolo分析了卫星病毒、辅助病毒和宿主的基因组，发现了这种前所未见的病毒关系的更多线索。大多数卫星病毒都含有一个进入宿主后整合到宿主细胞的遗传物质中的基因。这样，只要有辅助病毒进入宿主细胞，卫星病毒就能进行增殖。宿主细胞分裂时，也会将卫星病毒的 DNA 与自身的 DNA 一并复制。

来自华盛顿大学的一个噬菌体样本也含有一种辅助噬菌体和一种卫星噬菌体。这种来自华盛顿大学的噬菌体样本中的卫星噬菌体含有一个整合基因，并不直接附着在辅助噬菌体上，这与之前观察到的卫星病毒-辅助病毒系统类似。

然而，来自马里兰大学巴尔的摩县分校的噬菌体样本中的卫星噬菌体被将它分离出来的学生命名为“MiniFlayer”，它是已知的第一个没有整合基因的卫星噬菌体。因为它不能整合到宿主细胞的 DNA 中，所以它每次进入宿主细胞时都必须靠近它的辅助噬菌体---被命名为 “MindFlayer”---才能存活。Erill说，有鉴于此，尽管这些作者没有直接证实这一解释，但是“如今看来附着完全说得通，因为否则，怎么能保证同时进入宿主细胞？”

Mascolo和与Erill合作的另一名博士生Julia López-Pérez进行的其他生物信息学分析表明，MindFlayer和MiniFlayer已经共同进化了很长时间。Erill说，“这种卫星噬菌体一直在调整和优化自己的基因组，以便与它的辅助噬菌体关联在一起，我认为这种关联至少有一亿年了。” Erill指出这表明可能有更多这种关系的案例等待被发现。

污染还是发现？

这一突破性发现很容易被错过。该项目一开始只是SEA-PHAGES项目的一个典型学期----在这个研究性课程中，本科生从环境样本中分离出噬菌体，将它们发送出去进行测序，然后使用生物信息学工具分析结果。当匹兹堡大学的测序实验室报告说，来自马里兰大学巴尔的摩县分校的预计含有 MindFlayer 噬菌体的噬菌体样本存在污染时，这个新的研究之旅就开始了。

图片来自 The ISME Journal, 2023, doi:10.1038/s41396-023-01548-0。

这个来自马里兰大学巴尔的摩县分校的噬菌体样本包含一个较大的序列：他们预期的噬菌体。Erill说，“但我们并不仅仅发现这个序列，我们还发现了一个小序列，它与我们所知道的任何东西都没有匹配关系。”马里兰大学巴尔的摩县分校的Steven Caruso再次进行了分离，并将其送去测序，结果完全相同。

这时，Erill团队请来了 deCarvalho，让他用马里兰大学巴尔的摩县分校凯斯-波特成像设施的透射电子显微镜（transmission electron microscope, TEM）来进行观察。如果没有这些TEM图像，就不可能有这样的发现。

deCarvalho指出，“并不是每个人都拥有TEM。”但有了凯斯-波特成像设施的TEM，deCarvalho 说，“我就能追踪其中的一些观测结果，并通过成像进行验证。有些发现只有使用 TEM 才能实现。”

Erill团队的这一发现为今后研究卫星病毒如何附着、这一现象有多普遍等问题奠定了基础。deCarvalho说，“人们认为被污染的很多噬菌体实际上可能就是这些卫星噬菌体-辅助噬菌体系统，因此，如今有了这篇论文，人们也许就能识别出更多这样的系统。” 

参考资料：

Tagide deCarvalho et al. Simultaneous entry as an adaptation to virulence in a novel satellite-helper system infecting Streptomyces species. The ISME Journal, 2023, doi:10.1038/s41396-023-01548-0.

First-ever observation of a virus attaching to another virus
https://phys.org/news/2023-11-first-ever-virus.html