奇異的生命體
——巨型病毒

編譯 方陵生

Medicine

巨型病毒生命體型巨大，無處不在，聽起來很可怕。但我們也不必因此對它們心生恐懼。這些病毒中的“巨人”似乎性情溫和，甚至是地球生命演化中極其重要的一環(huán)。

巨型病毒發(fā)現(xiàn)始末

1992年，研究人員在英格蘭北部城市布拉德福德的水塔中發(fā)現(xiàn)了一種前所未見的神秘微生物，在顯微鏡下它們的樣子十分怪異。多毛的、擁有20個側(cè)面多面體的奇特形狀，這些特征都表明它是一種病毒。但作為病毒來說，它的體型似乎確實太大了。研究人員對它進行仔細研究后發(fā)現(xiàn)，這種復雜的微生物完全不符合那些具有傳染性病毒的特性。

然而，它確實是病毒?？茖W家將其命名為“擬菌病毒”，也叫“米米病毒”（mimivirus）。之后，更多令人驚訝的巨型病毒不斷被發(fā)現(xiàn)，似乎無處不在，它們的世界比我們想象的更龐大和多元化。巨型病毒的基因似乎表明，它們可以被列為一種新的類型的生命形態(tài)。巨型病毒甚至還可能與我們能成為今天的人類有著一定的關(guān)系。法國巴黎巴斯德研究所分子生物學家帕特里克·福泰爾說：“如果我們想要理解進化和生命的起源，病毒是一個首先必須要考慮的因素。”

米米病毒通過外殼上的“星形門戶”（結(jié)構(gòu)如上圖）釋放內(nèi)含物（下圖）。

米米病毒示意圖

一直以來，生物學家不愿承認病毒是一種生命形式，因為它們必須依賴于宿主才能生存。作為一種寄生體，病毒將它們的基因指令注入宿主細胞，“劫持”細胞的生物化學機制進行自我復制，繼而進行繁殖。由于病毒這一特征，所以它的基因簡單，如現(xiàn)發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒（HIV）只有9個基因，但米米病毒卻有驚人的1260個基因。

相對于細菌，病毒太渺小了。1892年，當時俄羅斯一位名叫德米特里·伊凡諾夫斯基的植物學家面對一種大肆毀壞煙草作物的不知名疾病百思不得其解。他將得病植株的汁液過濾處理后發(fā)現(xiàn)它仍然具有感染性。由于濾網(wǎng)的孔眼很小，可以過濾掉任何細菌，因此他得出結(jié)論認為，引起植物生病的一定是比細菌還要小得多的東西。這種比細菌還要小的致病體，后來被命名為病毒。

從那時起，在人們的眼里，病毒一定會比細菌小得多，它們很難用顯微鏡觀察到。巨型病毒在很長時間里逃脫了人們的視線。米米病毒是在英國布拉德福德水塔中被發(fā)現(xiàn)的，當時附近一所醫(yī)院里肺炎大爆發(fā)，研究人員在尋找感染源時候發(fā)現(xiàn)了它。當時沒有人想到它是一種病毒，而認為它是一種被人們遺忘的未歸類的細菌。

與眾不同的病毒

米米病毒與其他一些微生物的大小對比

1998年，法國科學家伯納德·拉-斯科拉再次對米米病毒進行了研究。他之所以對它產(chǎn)生興趣，是因為這種微生物沒有任何核糖體，而核糖體是制造蛋白質(zhì)的工廠，也是所有細胞生命的標志。但是不久之后，一些科學家發(fā)現(xiàn)，這種生物并不像細菌那樣，而是通過分裂細胞繁殖的，因而終于有了確鑿的證據(jù)表明它是一種病毒。

在接下來的時間里，以色列魏茨曼科學研究所的亞伯拉罕·明斯基開始對這種病毒進行了進一步的探究之后，又有了新的發(fā)現(xiàn)。其中一個發(fā)現(xiàn)就是它有一個五角星形的圖案，就像是刻在病毒身上的“紋身”一樣。明斯基說：“我們看到了這種令人嘆為觀止的五重結(jié)構(gòu)，但我們不知道這到底是什么東西?！?/p>

原來這是由五個三角形結(jié)構(gòu)拼接起來的門戶接縫，通過這個門戶在感染過程中讓病毒粒子的內(nèi)含物釋放進入宿主。之前從沒有人見過這樣的東西，明斯基將它稱之為“星形門戶”。

明斯基對米米病毒創(chuàng)造的“病毒工廠”進行了仔細的研究。據(jù)知，好幾種傳統(tǒng)病毒都有這樣一種集合體，它們在宿主的細胞內(nèi)，就像一個加工廠一樣，不斷復制出大量子代病毒。但米米病毒與其他病毒都不一樣，米米病毒工廠所用的“工廠員工”是宿主細胞本身的核糖體（用來生產(chǎn)蛋白質(zhì)）和線粒體（提供能量）。另外，與已知的其他病毒工廠相比較，米米病毒的“制造工廠”規(guī)模要大得多，足以容納成百上千的新病毒。明斯基說：“我們?nèi)匀徊恢烂酌撞《臼侨绾巍心肌拗骱颂求w、線粒體為其服務的機制，但顯然這是一個非常直接非常有效的機制?！?/p>

搞清楚巨型病毒的這種機制是一個非常迫切的任務，特別是它們幾乎無處不在，到處都有它們的身影。法國病毒學讓-米歇爾·克萊沃亞是確認米米病毒存在的研究小組成員之一，他說：“我懷疑像這樣的巨型病毒還有很多，只是還未被發(fā)現(xiàn)而已。我們無法想象，巨型病毒究竟能長到多大?！睆哪菚r開始，他和妻子尚塔爾·阿博蓋爾一直在尋找更多巨型病毒樣本。

尋找和發(fā)現(xiàn)更多巨型病毒

又有了新發(fā)現(xiàn)的是與克萊沃亞在同一個大學的研究人員迪迪爾·拉烏爾。拉烏爾一開始在一些最有可能發(fā)現(xiàn)巨型病毒的地方：更多的水塔中尋找。他的運氣不錯，在巴黎發(fā)現(xiàn)了一種比米米病毒個頭還大的巨型病毒，他將其命名為“媽媽病毒”（mamavirus）。

但更引起轟動的是他們在“媽媽病毒”體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了噬病毒體Sputnik virophage，俄語中的意思是“旅伴”，這是首次發(fā)現(xiàn)一種病毒被另一種病毒感染。這一發(fā)現(xiàn)為病毒是活著的生命體這一說法提供了新的證據(jù)，因為顯然，“媽媽病毒”也會“生病”。

2010年，拉烏爾發(fā)表了新的發(fā)現(xiàn)成果，他從河流、湖泊、泉水和水龍頭等處一共發(fā)現(xiàn)了19種新病毒菌株。

潘多拉病毒假色圖

被噬病毒體感染的巨型病毒以及噬病毒體結(jié)構(gòu)示意圖

自那以后，科學家開始發(fā)現(xiàn)越來越多的巨型病毒。2011年，克萊沃亞在智利近海發(fā)現(xiàn)了一種甚至更大的病毒，他將其命名為“巨型病毒”（megavirus）。在智利的一條河里和澳大利亞的一個池塘里，他和他的團隊還從泥漿樣本中發(fā)現(xiàn)了一種如今命名為“潘多拉病毒”的巨型病毒——一個病毒樣本含有1500個基因，另一個病毒樣本甚至含有2550個以上的基因。

之后又發(fā)現(xiàn)了更令人驚訝的病毒樣本。在3萬年前的冰芯樣本中，克萊沃亞發(fā)現(xiàn)了一種頗為壯觀的巨型病毒：闊口罐病毒（pithovirus）。這家伙足有1.5微米長，相當于一些普通細菌的長度。它還擁有一些奇怪的特征，如一端的膜上有小孔，小孔上還有“孔塞”蓋住。

克萊沃亞說;“如今我們知道到處都有巨型病毒的身影，它們無處不在。我相信，我們甚至可以在我們家里的后院里找到它們?！彼鼈兩踔吝€會出現(xiàn)在我們的身體內(nèi)（見鏈接“巨型病毒可能與一些人類疾病相關(guān)”）。

關(guān)于巨型病毒生命形態(tài)的爭議

對于巨型病毒該劃入哪種生命類型一直以來爭議較大。

如今困擾生物學家的問題是：這些巨型病毒是從哪里來的？它們是否歸屬于現(xiàn)有的生命形態(tài)分類體系中？

地球生命體系可大致分為以下三種形式：真核生物（真核細胞）、細菌和古生菌。真核細胞是構(gòu)成動物和植物類的細胞，真核細胞的DNA都被封裝在一個細胞核中。細菌的細胞則要簡單得多，它們沒有細胞核。古生菌與細菌相類似，但它們的化學構(gòu)成不一樣。這基本的三大類被認為囊括了地球上所有的生命有機體。

奇怪的是，就巨型病毒的基因構(gòu)成來看，它們似乎不歸屬于任何一類中。在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的巨型病毒中，它們50%至90%的基因都是其他生物體中未發(fā)現(xiàn)過的。甚至不同種類的巨型病毒也很少有共享基因。這是怎么回事呢？

克萊沃亞的想法比較激進，他認為，巨型病毒是很久以前就已經(jīng)滅絕了的生命形式遺留下來的，那是與如今的細胞完全不同的一種生命形式，因為巨型病毒是如此的與眾不同。

克萊沃亞說：“米米病毒出現(xiàn)后，我們想說，我們可能需要定義第四種生命形態(tài)，但如今我們相信，不止是第四種，而是可能還有第五種、第六種、第七種生命形態(tài)。”

他的想法得到了一些人的支持。2012年，美國伊利諾伊大學的古斯塔沃·卡埃塔諾-阿諾爾斯創(chuàng)建了一個以蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相類似為標準的病毒和細胞分類進化樹，在這個進化樹模型中，巨型病毒比任何其他生命形態(tài)都更古老，從而支持了克萊沃亞關(guān)于巨型病毒來自于古老滅絕種系的理論。

但還有許多人認為，也許并非如一些人所推測的，巨型病毒擁有獨特的基因。他們認為，病毒的進化速度要比細胞更快，因此，在病毒身上發(fā)現(xiàn)某種沒見過的基因，很可能只是我們所熟悉的基因發(fā)生了變異，讓我們認不出來了而已，而不是存在某種未知生命形態(tài)的證據(jù)。美國國家生物技術(shù)信息中心進化基因?qū)W家尤金·科寧說：“沒有跡象表明巨型病毒來自某種已經(jīng)滅絕的未知細胞生命。”

但克萊沃亞始終堅持自己的觀點，他說，如果病毒的遺傳物質(zhì)是DNA而非RNA，病毒進化速度并不比細胞快，就像巨型病毒那樣。另外他的研究顯示，巨型病毒基因的進化速度并非比宿主的基因進化更快。他還提出，病毒一旦采取了寄生的生存方式，它們的整個基因組應該變得更小，而不是變得更大，因為它們利用的是宿主的資源。他由此推斷認為，巨型病毒要比我們所熟悉的體型較小的病毒更古老。

無論真相如何，顯然的是，病毒有它們自己的生存之道。加拿大英屬哥倫比亞大學的海洋病毒學家柯蒂斯·薩特爾說：“可以肯定的是，病毒的進化比地球上任何生物都更‘任性’。”一個例子是，研究發(fā)現(xiàn)米米病毒制造膠原蛋白的方式是獨特的。在大多數(shù)哺乳動物中，膠原蛋白占了生物體總重量的約四分之一，從皮膚到腱鞘，都含有這種蛋白質(zhì)。

巨型病毒對地球生命進化具有重要意義

病毒工廠：在隱形眼鏡清洗液中發(fā)現(xiàn)的一只被米米病毒感染的阿米巴蟲。

病毒有一個特點，就是對于它們創(chuàng)造的新的基因表現(xiàn)得很慷慨，它們會四處撒播其基因，對宿主的進化產(chǎn)生重要影響。至今為止，我們了解最多的是巨型病毒感染阿米巴變形蟲事件。2014年，科學實驗表明，巨型病毒的23個核心基因都可以在一些細胞生物體中找到，包括一種苔蘚植物和一種叫做水螅的淡水生物。這是巨型病毒感染其他生物的直接證據(jù)。克萊沃亞說：“長期以來，我們一直認為病毒都是從宿主身上‘偷竊’基因。如今發(fā)現(xiàn)的事實正好相反，病毒常將它的基因傳播給宿主?！?/p>

2013年，美國的一個研究團隊研究發(fā)現(xiàn)，米米病毒的“病毒工廠”所利用的物質(zhì)就是被感染阿米巴蟲的細胞核中的物質(zhì)，它們甚至連大小都是一致的。雖然這算不上最有力的證據(jù)，但一些人認為，至少這顯示了生命演化過程的一個環(huán)節(jié)?？茖W家認為，大DNA病毒通過傳播許多新的基因，在真核生命產(chǎn)生中可能起著非常重要的作用。很可能現(xiàn)代真核細胞的祖先學會了如何通過病毒制造出一個細胞核來，最終世界上才有了真核細胞。

這個過程對于像我們這樣的生命形態(tài)的進化有著重要的意義。幾十年來，科學家一直在考慮，我們細胞體內(nèi)是否有一種從沒有離開的病毒。盡管這只是一種猜測，如今巨型病毒的發(fā)現(xiàn)證明了這種猜測可能存在。

關(guān)于巨型病毒，接下來還會有多少真相等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，誰也說不準。對于巨型病毒的研究工作，迄今主要集中在阿米巴蟲身上，部分原因是因為它們是至今為止可以在實驗室里直接進行培養(yǎng)和研究的病毒宿主。事實上，病毒的潛在宿主還有很多。巨型病毒有著艱巨而令人期待的研究前景，我們不知道下一個發(fā)現(xiàn)的病毒會給我們帶來什么樣的驚喜。

通過對巨型病毒研究發(fā)現(xiàn)，改變了一些科學家對于生命的思考。越來越清楚的是，生命體與病毒之間存在著的是一條模糊不清的界限。他們認為，我們不能再說，病毒是沒有生命的，只有細胞才是活著的有生命的。

巨型病毒可能與一些人類疾病相關(guān)

我們周圍可能存在著許多巨型病毒。有證據(jù)表明，在我們的體內(nèi)和我們的周圍環(huán)境中都有巨型病毒的存在，在人類的血液中，甚至在隱形眼鏡盒里，都發(fā)現(xiàn)過它們的身影。另外，多項研究表明，巨型病毒與肺炎等疾病相關(guān)。那么，巨型病毒對于我們?nèi)祟悤且环N巨大的威脅嗎？

至今為止，我們還沒有聽到科學家發(fā)出關(guān)于巨型病毒的重大警告。但研究表明，有一種巨型病毒可以進入巨噬細胞中。對肺炎患者的研究表明，一小部分患者體內(nèi)產(chǎn)生了對抗這種病毒的抗體。

因此，一些人認為，巨型病毒在人類疾病中起著重要作用，但我們?nèi)匀徊磺宄氖?，真相究竟是否如此？病毒在人體疾病中又究竟起著什么樣的作用？