前沿 生物

病毒也有“免疫系统”

生物 病毒 米米病毒 crispr

贝塔-鱼 发表于  2016-03-06 20:44

在最新一期的《自然》期刊上,一组研究者宣布了他们的新发现:一些病毒也具有“免疫系统”(点这里可以阅读论文全文)。什么,病毒还有免疫系统?它们要免疫系统干什么呢?

病毒也能被病毒感染!

免疫系统的任务是对付入侵的病原体,但病毒怎么看都应该是去入侵别人的那一方才对。的确,自从被发现起,病毒就和各种各样的感染疾病联系在一起。病毒不能够独立地完成它们的"生命"周期,因此它们总要感染到某种类型的宿主细胞里去。

但是,科学家们确实发现,一些病毒竟然也会遭到别的病毒的感染,它们的“健康”还因此受到了威胁。

这是怎么回事呢?我们先要从一类奇特的超大号病毒说起。1992年,科学家们发现了一种微生物,它的个头、染色表现看起来都像是细菌,但到了2003年,进一步的研究却发现,它其实是种大块头的病毒。这种酷似细菌的病毒被称为“米米病毒”(Mimivirus)。(更多阅读:大病毒)。

显微镜下的米米病毒。图片来自:wikipedia

米米病毒的出现颠覆了人们对病毒的认识:它实在太大了,遗传物质的量也比其他病毒多出了很多。米米病毒的基因数是一般病毒的几十到上百倍,这种病毒甚至还自己编码了涉及基因组DNA修复和蛋白质翻译功能的部分基因。不过,米米病毒还是必须依赖细胞宿主才能“生活”。在米米病毒之后,科学家们又陆续发现了更多巨型病毒,一种比米米病毒个头还大的病毒还被命名成了“妈妈病毒”(Mamavirus)。

米米病毒与其他微生物的个头对比示意图。这种病毒甚至比一些支原体和古菌还要大。图片来自:newscientist.com

这还不算完,在这些大块头被划入病毒之后,科学家们又发现了能够感染它们的病毒!是的,病毒竟然还会被病毒感染,这个消息足以让病毒学家们晕倒一片。

米米病毒等大病毒感染的宿主是阿米巴原虫,它们入侵之后会在阿米巴的体内制造一个“大病毒工厂”(giant viral factory)的结构来制造新的病毒后代。而科学家们用电子显微镜观察这些病毒时,又在大病毒工厂里发现了另一种病毒。

一个细胞同时感染两种病毒的情况并不少见,有些病毒(比如丁型肝炎病毒)甚至只有在另一种病毒的辅助下才能正常复制。但是这一次的情况就不一样了:这种新病毒并不是和大病毒和平共处,而是对后者造成了威胁。它会进入"大病毒工厂",并将里面的"机器"抢夺过来,用于"生产"自己的子孙后代。这样一来,大病毒的复制就受到了极大影响,不但减产,而且后代往往还带有缺陷。

所以,科学家们认为这种新病毒更像是大病毒们的"寄生虫",它感染大病毒的过程也像是病毒感染宿主细胞那样。于是,科学家们参照噬菌体,把这些新病毒叫做“噬病毒体”。噬病毒体的个头和经典的病毒差不多,除了与其他病毒类似的基因之外,它们还带有来自米米病毒这样大病毒的基因,这可能就是它们侵占“大病毒工厂”时从宿主那儿掠夺来的。就像其他病毒对宿主细胞做的那样,这些噬病毒体也会把基因转移给它们的大病毒宿主。

大病毒的 “基因剪刀”

有入侵的地方总会有反抗,在演化过程中,宿主们也产生了抵抗病毒感染的系统。高等动物体内有复杂的免疫系统来负责这事儿,而细菌体内也有一套简单有效的防御系统——那就是近年来生物学家们竞相追捧的“基因剪刀”CRISPR/Cas。

当病毒感染细菌之后,细菌会把病毒基因组序列的片段插入自己的基因组里,把病毒的特征记录下来。细菌存放入侵病毒序列的基因区域呈现出"规律间隔成簇短回文重复序列"(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, CRISPR),这便是CRISPR。如果下次再有同样的病毒来的时候,细菌便会调动这些之前插入进来的片段,让它们带着一个能够切割病毒基因组的核酸酶去"杀死"病毒,这个酶便是Cas蛋白。这套系统剪切基因的特性也被人类用在了基因编辑当中(更多阅读:我们到底能用基因编辑做些什么?)。

而这一次在米米病毒体内发现的“免疫系统”,它也是和CRISPR/Cas系统类似的一把“基因剪刀”。2014年的时候,有一种感染米米病毒的新噬病毒体被发现,它的名字叫Zamilon。科学家们发现,有一些米米病毒可以抵御Zamilon,经过分析和实验,他们在这些大病毒的基因组里发现了噬病毒体的基因片段。在这个基因附近,科学家们还找到了类似细菌Cas蛋白的核酸酶“剪刀”。也就是说,大病毒也会把感染它的噬病毒体基因片段“记下来”,并用核酸酶“剪刀”去剪切入侵者的基因组,从而阻止它们进一步扩增。现在,米米病毒中发现的免疫系统也有自己的名字:MIMIVIRE(Mimivirus virophage resistance element,米米病毒噬病毒体抵抗元件)。

米米病毒的“免疫系统”与细菌的CRISPR/Cas系统有很多相似之处。图片来自参考文献1

关于病毒是不是生命的问题,科学家们还没有共识,而大病毒的发现则进一步模糊了“生命”和“非生命”的边界——这些病毒依然不能独立生存,但却有着复杂的基因和功能,甚至连免疫机制都有了,我们究竟该如何看待它们呢?在第一个噬病毒体发现的时候,有记者在《自然》上发表了一则新闻:《噬病毒体的发现表明病毒是活的》。不知道这个记者在看到MIMIVIRE的时候是不是会拍拍大腿,跳起来说:"看!病毒真是活的!"(编辑:窗敲雨)

参考资料:

  1. Levasseur A, Bekliz M, Chabrière E, Pontarotti P, La Scola B & Raoult D. MIMIVIRE is a defence system in mimivirus that confers resistance to virophage. Nature, Published online 29 February 2016
  2. La Scola, B et al. A giant virus in amoebae. Science 2003; 299:2033 

  3. Pearson H. 'Virophage' suggests viruses are alive. Nature 2008; 454:677

热门评论

  • 2016-03-07 00:33 负离子.吹风机

    其实 一个是阿里爸爸,一个是百毒全家桶,他们为了占用你的CPU干起来了

    [40] 评论
  • 2016-03-06 21:41 列元

    米米病毒 妈妈病毒,科学家的命名技能。。。。。。。。。

    [39] 评论
  • 2016-03-06 23:48 达不溜G

    惊慌什么,奶奶病毒、婆婆病毒还没出马呢

    [36] 评论

显示所有评论

全部评论(25)
  • 1楼
    2016-03-06 21:41 列元

    米米病毒 妈妈病毒,科学家的命名技能。。。。。。。。。

    [39] 评论
  • 2楼
    2016-03-06 22:39 可心树懒

    不太理解,这种个头大的病毒,反而是后发现的。应该在电子显微镜之下先发现才对。

    [1] 评论
  • 3楼
    2016-03-06 23:48 达不溜G

    惊慌什么,奶奶病毒、婆婆病毒还没出马呢

    [36] 评论
  • 4楼
    2016-03-07 00:18 蚕宝宝小子
    引用@列元 的话:米米病毒 妈妈病毒,科学家的命名技能。。。。。。。。。

    应该还会有“爸爸病毒”。

    来自 果壳的壳
    [1] 评论
  • 5楼
    2016-03-07 00:33 负离子.吹风机

    其实 一个是阿里爸爸,一个是百毒全家桶,他们为了占用你的CPU干起来了

    [40] 评论
  • 6楼
    2016-03-07 00:48 AAArthur
    引用@蚕宝宝小子 的话:应该还会有“爸爸病毒”。

    我要妹妹病毒

    [8] 评论
  • 7楼
    2016-03-07 01:30 济看柴

    体积大了就会被更小的寄生?

    [1] 评论
  • 8楼
    2016-03-07 09:00 果壳乙烷

    我对果壳的拼写无奈了╮(╯_╰)╭

    请看最后一张图片上面。@窗敲雨 @球藻怪

    而这一次在米米病毒体内发现的“免疫系统”,它也是和CIRSPR/Cas系统类似的一把“基因剪刀”。

    应该是CRISPR

    [3] 评论
  • 9楼
    2016-03-07 09:04 果壳乙烷
    引用@Holly_Han 的话:我对果壳的拼写无奈了╮(╯_╰)╭请看最后一张图片上面。@窗...

    忘说了,最后一张图下面的灰色字也拼错了。

    [1] 评论
  • 10楼
    2016-03-07 10:23 窗敲雨 药学硕士
    引用@Holly_Han 的话:我对果壳的拼写无奈了╮(╯_╰)╭请看最后一张图片上面。 而这一次在米米病毒体内发现的“免疫系统”,它也是和CIRSPR/Cas系统类似的一把“基因剪刀”。应该是CRISPR

    改了……

    [1] 评论
  • 11楼
    2016-03-07 10:59 风舞流华
    引用@达不溜G 的话:惊慌什么,奶奶病毒、婆婆病毒还没出马呢

    还要有爸爸病毒

    [0] 评论
  • 12楼
    2016-03-07 11:06 vx13
    引用@可心树懒 的话:不太理解,这种个头大的病毒,反而是后发现的。应该在电子显微镜之下先发现才对。

    估计是和感染的宿主有关。这些大病毒感染的是变形虫,而不是人类和与人类活动密切相关的农作物、家畜。人类首先发现的病毒,肯定是感染自身,以及感染人类养殖的动植物的病毒,因为这些病毒的感染现象明显,影响人类自身的利益,人类会去专门研究被感染的宿主。

    就像以前高中生物学的课上学到的,人类最早意识到病毒的存在,只是因为它们可以通过过滤装置,感染到研究对象。那时候,人类还没能力去观察病毒,只是因为那些病毒的宿主恰好是人类的研究对象而已。

    [9] 评论
  • 13楼
    2016-03-07 11:49 八索

    有些大病毒比如潘朵拉的体积已经和细菌一样了。

    [0] 评论
  • 14楼
    2016-03-07 13:35 贝塔-鱼 病毒学博士研究生
    引用@济看柴 的话:体积大了就会被更小的寄生?

    不见得,不过体积大内容多的话,可被掠夺的东西也多,也可能更容易被寄生吧。

    [0] 评论
  • 15楼
    2016-03-07 13:48 贝塔-鱼 病毒学博士研究生
    引用@vx13 的话:估计是和感染的宿主有关。这些大病毒感染的是变形虫,而不是人类和与人类活动密切相关的农作物、家畜。人类首先发现的病毒,肯定是感染自身,以及感染人类养殖的动植物的病毒,因为这些病毒的感染现象明显,影响人类...

    有道理!

    [0] 评论
  • 16楼
    2016-03-07 14:45 天降龙虾
    引用@济看柴 的话:体积大了就会被更小的寄生?

    体积小了搞不好还会被更大的吞噬呢。。。

    病毒:我们是活的怎么了?我们有免疫机制又怎么了?你们人类中不是也有自己不事生产,专门偷盗抢劫别人财物的贼么?你们不是也懂得“越是贼窝,越要加强防盗工作”的道理么???

    [4] 评论
  • 17楼
    2016-03-07 18:02 鱼尾小行星

    不知道未来会变成什么样子

    [0] 评论
  • 18楼
    2016-03-07 18:42 AI油泳的鹰 勘查技术与工程专业,编程爱好者
    引用@负离子.吹风机 的话:其实 一个是阿里爸爸,一个是百毒全家桶,他们为了占用你的CPU干起来了

    还有企鹅电脑管家系列

    [1] 评论
  • 19楼
    2016-03-07 20:09 梦游侠

    会受到其他病毒感染估计是米米病毒足够大,经典大小的病毒可能不会面临这个问题

    来自 果壳的壳
    [1] 评论
  • 20楼
    2016-03-08 08:26 守夜的冬瓜
    引用@天降龙虾 的话:体积小了搞不好还会被更大的吞噬呢。。。

    病毒:我们是活的怎么了?我们有免疫机制又怎么了?你们人类中不是也有自己不事生产,专门偷盗抢劫别人财物的贼么?你们不是也懂得“越是贼窝,越要加强防盗工作”的道理...

    非理性生命创造的理性解决方案。


    来自山寨果壳.wp
    [0] 评论
  • 21楼
    2016-03-08 08:50 大头米少

    以毒攻毒。嗯,其实武侠小说早告诉你真相了

    [0] 评论
  • 22楼
    2016-03-08 16:31 沐雨御风

    病毒噬病毒,大水冲了龙王庙。


    [0] 评论
  • 23楼
    2016-03-10 21:40 李仁
    引用文章内容:在《自然》上发表了一则新闻:《噬病毒体的发现表明病毒是活的》。

    自然是指什么


    [0] 评论
  • 24楼
    2016-03-13 00:50 贝塔-鱼 病毒学博士研究生
    引用@李仁 的话:自然是指什么

    科学杂志


    [0] 评论
  • 25楼
    2016-04-29 10:11 去雄的豌豆花

    妈呀这病毒名字取得跟洋葱日报似的,害得我赶紧拉到上面看了下网站名

    [1] 评论

显示所有评论

你的评论

登录 发表评论

贝塔-鱼
贝塔-鱼 病毒学博士研究生

作者的其他文章

更多科研事,扫码早知道

关于我们 加入果壳 媒体报道 帮助中心 果壳活动 免责声明 联系我们 移动版 移动应用

©果壳网    京ICP证100430号    京网文[2015] 0609-239号    新出发京零字东150005号     京公网安备11010502007133号

违法和不良信息举报邮箱:jubao@guokr.com    举报电话:18612934101    网上有害信息举报专区    儿童色情信息举报专区