巨型病毒的发现可能改写复杂生命的起源

几十年来，科学家们一直试图理解病毒的起源、演化方式以及它们在生命之树中的位置。日本东京理工大学（TUS）理学研究生院的武村政春教授一直是这一研究领域的重要人物。2001年，他与悉尼麦考瑞大学生物科学系的Philip Bell博士独立提出了细胞核病毒起源理论，也称为病毒真核生物发生说（该术语由Bell博士创造）。

该假说认为，真核细胞（细胞核由膜包被的细胞）的细胞核可能起源于一个大型DNA病毒，例如感染古菌祖先（单细胞微生物）的痘病毒。该病毒可能没有摧毁宿主，而是在细胞质中建立了稳定的存在。随着时间的推移，它很可能从宿主细胞中吸收了重要基因，并逐渐转变为我们现在所认识的真核细胞的细胞核。如果该理论正确，则意味着病毒可能在复杂生命的兴起中发挥了核心作用。

巨型DNA病毒和病毒工厂

2003年巨型DNA病毒的发现为这一观点提供了更多支持。当这些病毒感染细胞时，它们会在宿主内部创建称为病毒工厂的结构。在某些情况下，这些工厂被膜包围，并作为DNA复制的场所，类似于细胞核的原始版本。这种相似性加强了所提出的病毒与复杂细胞之间的演化联系。

近年来，研究人员已经鉴定出更多巨型DNA病毒。其中包括感染棘阿米巴（一种阿米巴原虫，属于单细胞微生物）的Mamonoviridae病毒科成员，以及感染vermoeba（另一种来自不同科的阿米巴原虫）的近缘病毒clandestinovirus。

Ushikuvirus的发现

在发表于《病毒学杂志》的一项新研究中，武村教授与日本国立自然科学研究所（NINS）的合作者描述了另一种感染阿米巴的巨型DNA病毒。该病毒以其分离地日本茨城县的牛久湖命名为ushikuvirus，为进一步支持细胞核病毒起源假说增添了证据。

研究团队包括东京理工大学理学研究生院的硕士研究生Jiwan Bae先生和Mrs. Narumi Hantori，以及来自NINS的Raymond Burton-Smith博士和村田和义教授。

武村教授表示：“可以说巨型病毒是一个尚未被完全理解的世界宝库。这项研究未来的可能性之一是为人类提供一种连接生物世界与病毒世界的新视角。”

独特的结构和感染策略

巨型病毒在自然界中广泛存在，但分离它们却很困难。它们还具有显著的多样性，这使得每一个新发现都意义重大。Ushikuvirus感染vermoeba，与clandestinovirus相似，并与Mamonoviridae病毒科（尤其是Medusavirus）具有结构相似性。Medusavirus以其二十面体形状和覆盖其衣壳表面的众多短尖突而闻名。

然而，ushikuvirus也显示出重要的差异。它引发独特的细胞病变效应，导致受感染的vermoeba细胞异常增大。其衣壳表面包含多个尖突结构，顶端带有独特的帽状物，其中一些还具有medusavirus中未见的丝状延伸物。

另一个关键区别在于病毒的复制方式。Medusavirus和clandestinovirus在完整的宿主细胞核内繁殖。相比之下，ushikuvirus在复制过程中会分解核膜以产生新的病毒颗粒。这种行为暗示了利用完整细胞核作为病毒工厂的Mamonoviridae科病毒与像pandoravirus那样破坏核膜的巨型病毒之间可能存在演化上的联系。科学家认为，这些差异可能反映了随着时间的推移对不同宿主的适应。

真核生物演化的线索

通过研究这些结构和功能的变异，研究人员正在深入了解巨型病毒如何多样化，以及它们与宿主细胞的相互作用如何可能影响了复杂真核生命的演化。

武村教授说：“一种具有不同宿主的新Mamonoviridae相关病毒‘ushikuvirus’的发现，有望增加知识并促进关于Mamonoviridae科演化和系统发生的讨论。因此，我们相信这将使我们更接近揭开真核生物演化的奥秘和巨型病毒的奥秘。”

潜在的医疗保健意义

感染阿米巴的巨型病毒的发现也可能具有实用价值。某些棘阿米巴物种可引起严重疾病，包括阿米巴脑炎。更深入地了解巨型病毒如何感染和破坏阿米巴，最终可能帮助研究人员开发预防或治疗这些感染的新方法。

武村政春博士是日本东京理工大学理学研究生院数学与科学教育系的教授。他的研究重点是巨型病毒生物学、病毒真核生物发生说和病毒学教育。他已发表超过120篇科学论文，被引用超过2500次。他的长期目标是阐明巨型病毒和真核生物是如何演化的，并制作能提高病毒学知识的教材。

本研究得到了日本学术振兴会科研费（JSPS/KAKENHI）项目编号20H03078以及探索生命与生命系统研究中心（ExCELLS）联合研究项目（ExCELLS计划编号 22EXC601-4）的支持。