意義重大！人類或首次發現以病毒為食的微生物

2020-09-25 前瞻網

漂浮在海洋中的微小的單細胞生物可能是第一個被證實以病毒為食的生物。

科學家們從緬因州灣和西班牙加泰隆尼亞海岸附近的地中海的表層海水中撈出了這些被稱為原生生物的生物。

他們發現大量的病毒DNA與兩種不同的原生生物有關，分別是choanozoans和picozoans。

儘管這些單細胞生物中有一些並沒有緊密的親緣關係，但在這兩個類群的許多成員身上都出現了相同的DNA序列。

緬因州畢格羅海洋科學實驗室的生物信息學家Julia Brown是該研究的主要作者，她說:「這些生物體之間的遠親關係就像樹木和人類一樣，甚至比這還要遠。」

「這些病毒能夠感染我們發現的所有生物體，這是非常、非常不可能的。」

在進行了一系列的測試之後，Brown和她的同事們得出結論，原生生物很可能把這些病毒當作食物吃掉了，而不是偶然吸收了它們的DNA或者被它們感染。

他們的發現在線發表在9月24日的《微生物學前沿》雜誌上。研究小組說，這可能會重塑我們對整個海洋食物網的看法，這個誰吃誰的網絡連接著從微小細菌到植物、藍鯨的一切。

然而，一位專家表示，這項研究並不能最終證明原生生物確實吃了病毒。

「單獨的細胞的病毒序列的檢測……很難回答這些病毒顆粒是如何進入細胞的問題，」維也納大學淡水微生物生態學家克裡斯蒂安·格裡伯勒(Christian Griebler)在一封電子郵件中說。他沒有參與這項研究。

他說，還需要做更多的工作來證明這些原生生物如何以及是否吞食病毒，如果是這樣，它們從這些微小的零食中獲得了多少營養。

Griebler指出，有細胞核保存DNA的原生生物，即真核生物，在過去已經被證明攜帶病毒DNA。

然而，他說，科學家們並不清楚細胞最初是如何吸收病毒的。

濾食的原生生物可能會從周圍的水中吸入自由漂浮的病毒，或者它們可能會攜帶上水中的病毒，這些病毒依附在海洋中的其他微小物質顆粒上。

此外，一種叫做噬菌體的病毒會感染細菌細胞，而以細菌為食的原生生物可能會無意中吸收這些病毒，他補充道。

但是一個大問題仍然是，作為食物源的病毒對於那些能夠吞食它們的原生生物來說有多重要，布朗說。

「過去有關原生生物消耗病毒的少量研究是在受控的實驗室環境中進行的，但是這些分離的原生生物並不能代表海洋中大量存在的物種，而且它們與現實世界中發生的事情之間的關係也沒有定論。」畢格羅海洋科學實驗室的高級研究科學家、資深作者Ramunas Stepanauskas表示。

為了找到原生生物吃病毒的真實證據，Stepanauskas和他的團隊來到了廣闊的海洋。

研究小組從緬因州灣和地中海總共收集了近1700個原生生物個體;儘管choanozoans和picozoans主要出現在緬因灣的水樣中，但他們捕獲了10多個不同原生生物群體的細胞。

然後，研究小組將水樣通過一種叫做流式細胞儀的儀器發送出去。流式細胞儀可以根據細胞的物理特性對漂浮在水中的細胞進行分類。

從那裡，他們分析了與每個分選細胞相關的DNA;其中包括細胞本身的DNA、附著在細胞表面的任何微生物以及被困在細胞內的任何生物體。

Brown說，這種基因組收集技術「不會區別基因組DNA和細胞中已經存在的任何其他DNA，這就是為什麼我們還能看到病毒DNA和可能存在的任何相關細菌。」

總的來說，病毒DNA出現在來自緬因州海灣的51%的原生生物和來自地中海的35%的原生生物中，這些病毒大多數是噬菌體，或者是感染細菌的病毒。

但是在choanozoans和picozoans組中，100%的樣本都含有病毒的DNA序列，但是相比之下細菌的DNA卻很少。

這暗示原生生物是孤立地吸收了病毒，而不是通過攝食被感染的細菌。

「我們看到……在這兩組中病毒的水平升高了，並且在這兩組中所有的成員中都是一致的，」特別是與其他原生生物相比，Brown說。

在排除了所有這些原生生物都被病毒直接感染的可能性後，研究小組認為這些病毒要麼是粘在了細胞的外部，要麼是在流式細胞儀中偶然與細胞分類在一起。

但他們發現，「我們在這些細胞中看到的病毒水平高於意外分類的數量，」Brown說。

她補充說，不同原生生物種群之間病毒水平的差異也使得病原體不太可能隨機附著在原生生物身上。

儘管有這些數據，Griebler說，對於病毒DNA是如何最終進入原生生物體內的，仍然有其他的解釋，包括原生生物消耗被感染的細菌細胞的可能性。

他說，為了明確排除這種可能性，該研究的作者必須檢查在原生生物中發現的病毒序列是否也出現在細菌細胞中，以及這些細菌細胞出現在原生生物細胞內的頻率。

此外，Griebler補充說，如果這些病毒確實代表了一種食物來源，病毒提供的營養物質的數量仍然需要計算。

他指出:「一個粗略的計算表明，當原生動物細胞吃掉一個細菌細胞時，它需要吃掉100個(或更多)病毒顆粒來獲得相同數量的碳。」

「原生動物」——真核原生生物——「似乎不太可能從病毒飲食中滿足對碳和營養的需求。」

這就是說，雖然choanozoans以攝食細菌而聞名，但picozoans的飲食仍然有些神秘。

2007年發表在《PLOS ONE》雜誌上的一篇報告發現，picozoa的取食器太小，無法捕獲細菌細胞，但大到足以吞噬直徑小於0.000006英寸(150納米)的顆粒，其中可能包括病毒。

Stepanauskas指出:「Picozoa是海洋中一群非常神秘的原生生物。」

他說，在一個特定的原生生物群落中，它們可以佔到15%，尤其是那些生活在沿海水域的原生生物。因此，了解Picozoa是否吞噬病毒可以重塑我們對海洋中營養物質流動方式的理解。

Stepanauskas說:「如果你把海洋原生生物或海洋病毒的生物量結合起來，生物量比所有鯨魚的總和還要大。」

「我們用肉眼看到的較大的生物體……它們完全依賴於微生物」，通過食物網將營養物質輸送上去。

他補充說，病毒不僅感染細胞，而且可以被視為食物網中的一個關鍵節點，這一發現代表了「一種不同的思維方式」。

通過吞噬病毒，原生生物可以在整個海洋生態系統中產生連鎖反應，既可以限制感染細菌細胞的病毒數量，也可以將營養物質從病毒中轉移到食物鏈的更高層次，Brown說。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

原文來源：

https://www.livescience.com/virus-eating-organisms.html

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