史丹福研究:人類口腔腸道細菌中有全新一類「類病毒」

近年,在收集和分析來自植物、動物和微生物的大量基因序列時,生物學家不斷遇到驚喜,其中一些可能挑戰生命的定義。最新上載於預印期刊網站 bioRxiv 的研究指,在棲息於人類口腔和腸道的細菌中發現了一種全新類病毒生物 Obelisks ,其基因組似乎由 RNA 環組成,並且在世界各地都發現了屬於它們的序列。

無參與研究的俄亥俄州立大學生物學家 Matthew Sullivan 表示,目前尚不清楚該批類病毒 Obelisks 是否會影響人類健康,但牠們可改變細菌宿主的遺傳活性,繼而影響人類基因。

核糖核酸 (RNA) 通常由 DNA 經由轉錄生成,而已知超過 200 種病毒,包括引起流感、伊波拉病毒和 COVID-19 的病毒的基因組僅由 RNA 組成。這些基因組包括編碼構成病毒外殼的蛋白質和核酶 (ribozyme) 的序列;核酶讓病毒進入細胞後複製其原始 RNA 。

雖然,學界仍在爭論病毒是否生物,因為牠們不能在宿主細胞分子以外獨立進行複製,但早在 20 世紀初,植物病理學家發現了類病毒這類更簡單的「生物」,類病毒基本上是一種具有傳染性的 RNA 環,沒有病毒典型的蛋白質外殼。類病毒基因組似乎根本不編碼任何蛋白質。被發現後,類病毒引起了學界廣泛興趣,因為它們與植物的基因組互動,例如,類病毒會導致薯仔、菊花和其他農作物發育遲緩和變形。

過往,學者都認為類病毒僅限於在植物中出現,但最近在動物、細菌和其他生命形式的序列資料庫中也發現類病毒環狀 RNA 基因組的一些證據。在是次研究中,史丹福大學團隊開發了一套軟件來分析人類微生物中現有的活性基因目錄,以尋找預測形成可在病毒和類病毒中找到的 RNA 環序列。

團隊最終搜尋到近 30,000 個 RNA 環,每個環由約 1,000 個鹼基組成,每個都可能代表一個獨特的類病毒,而非真正的病毒,因為 RNA 病毒通常有更多的鹼基。然而,有些 Obelisk 的序列編碼參與 RNA 複製的蛋白質,使其比標準類病毒更複雜。 然而,與類病毒一樣, Obelisks 似乎不會編碼構成外殼的蛋白質,團隊將需要更多研究了解兩者差異。

另外,在檢查的人類微生物資料庫中, 7% 人類腸道細菌和一半人類口腔細菌中都發現了 Obelisks 的序列。團隊指,來自身體不同部位的微生物中的 Obelisks 都具有獨特的 RNA 序列。由於 Obelisk 含有與迄今為止在其他生物體中發現的基因不同,因此團隊在研究中表明牠們「包含一類不同的RNA,而這些 RNA 已在人類和全球微生物組中定居,但未被注意到」。 

發現亦提出了一個重大問題:病毒究竟是從類病毒和 Obelisks 演化而成,還是病毒先出現然後退化成這些更簡單的結構,這將需要更多研究去了解當中的歷史。

來源:

Science, ‘It’s insane’: New viruslike entities found in human gut microbes

報告:

Zheludev, I. N., Edgar, R.C., Lopez-Galiano, M.J. & et al. (2024). Viroid-like colonists of human microbiomes. bioRxiv. doi: 10.1101/2024.01.20.576352

文/AC

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