向病毒进化的微生物, 挑战细胞与病毒界限 | 深度报道

发布日期：2025-08-16 05:48    点击次数：61

原文发表于 《科技导报》2025年第13期科技新闻-深度报道

基因组极小的微生物或将进化为病毒——新发现的生物体DNA几乎完全专注于复制，模糊了细胞与病毒之间的界限

腰鞭毛虫（Citharistes regius）体内，藏着一种微小的微生物

（图片来源：筑波大学）

一种新发现的微生物暂被命名为“Sukunaarchaeum”。虽然它并非病毒，但和病毒一样，除了自我复制外几乎无法进行其他生命活动。

据科学家进行的基因组（目前唯一能证明其存在的证据）分析，这种生物是一种寄生生物，对其寄居的单细胞宿主毫无贡献。Sukunaarchaeum仅含189个蛋白质编码基因，大部分都用于复制自己的基因组；其他必需物质则完全依赖宿主，即广泛分布于全球海洋生态系统中的腰鞭毛虫。更神秘的是，它的部分序列显示它属于古菌谱系——与包括人类在内的复杂生物关系更近，而非与细菌（如大肠杆菌）同类。

一项发表在bioRxiv预印本平台的研究指出，Sukunaarchaeum这种在生存方式上类似病毒的微生物“挑战了细胞生命与病毒之间的界限”。尽管并未参与该项研究，但明尼苏达大学双城分校的合成生物学家KateAda‐mala表示：“这种生物可能是一块令人着迷的活化石，即进化长河中侥幸留存的中间形态”。

Sukunaarchaeum的发现纯属偶然。日本筑波大学研究人员最初想测序C.regius细胞中的全部DNA，以研究其蓝藻共生体。除预期的甲藻和蓝藻序列以及疑似细菌寄生基因组外，他们意外发现一段仅238kb的环状DNA，相当于大肠杆菌基因组大小的5%。筑波大学进化微生物学家TakuroNakayama表示：“起初我们怀疑这一微小的环状基因组可能只是某种实验中的产物”。

尽管Nakayama研究团队采用多种方法对该生物的基因组进行测序和组装，仍反复检测到该DNA环的存在。研究团队进而推断，C.regius体内可能共生着另一种生命体，其似乎属于古菌。

Sukunaarchaeum显然无法在宿主之外独立生存，其基因组规模约为目前已知最小古菌基因组的一半。该尚未正式命名的生物不同于任何已知古菌，其暂命名灵感来源于日本神话中身材矮小的神“Sukunabikona”。然而，Sukunaarchaeum并非已知拥有最小微生物基因组的记录保持者，目前该记录由一种共生于吸汁昆虫体内的细菌保持，其基因组仅含约16万个碱基对，并保留有可合成对宿主有益分子的相关基因。

Nakayama指出，相比之下，Sukunaarchaeum“几乎完全缺乏已知的代谢途径”。这意味着其可能无法自主合成基本的生命所需分子（如构成蛋白质的氨基酸或构成DNA的核苷酸），因此该微生物与宿主腰鞭毛虫之间可能存在一种“寄生性或单向依赖性关系”。Nakayama进一步补充道，Sukunaarchaeum“几乎完全依赖”于宿主的细胞机制，这一特性在已知病毒中尤为典型。

然而，Sukunaarchaeum在一个关键方面与病毒存在显著差异：具备自主复制其遗传物质的能力。通常，病毒必须依赖宿主细胞的分子机制完成自我复制，而几乎所有已鉴定的Sukunaarchaeum基因均与DNA复制、转录和翻译相关。尽管如此，Nakayama认为，该微生物“即便以牺牲几乎所有代谢能力为代价，仍极端专注于基因复制”的策略，与病毒的生存策略具有高度相似性。

圣地亚哥州立大学生物学家ElizabethWaters曾参与2003年首个古菌寄生种类基因组的发表工作，她对Sukunaarchaeum正在进化为病毒的观点持谨慎态度，并表示，“这种推测尚嫌过早，不过如果这个假设成立，无疑将是一个令人震撼的发现”。无论如何，她认为这种微生物“极具研究价值”，并认为Sukunaarchaeum将为基因组进化的基础研究工作提供了理想的测试对象。

此外，Adamala补充指出，如果Sukunaarchaeum确实代表一种向病毒进化的微生物，那么该生物有可能为揭示病毒起源和演化路径提供关键线索。她指出，“生命进化过程中的许多重大转变并未留下化石证据，使得我们难以还原其具体发生机制。但通过研究现存生物的分子特征，我们可尝试重建其祖先状态。某些情况下，大自然还会保留进化中的过渡性形态，这无疑是极为宝贵的研究资源。”

目前已有证据表明，Sukunaarchaeum并非孤例。Nakayama及其研究团队筛选从全球海水提取的公开DNA序列时，发现了许多与Sukunaarchaeum相似的序列。Nakayama表示，“这一发现使我们意识到，除了识别出一种异常的生物体，我们还首次揭示了一个此前未曾认识的大型古菌谱系的完整基因组。”

研究人员正试图拍摄Sukunaarchaeum的图像，这项任务颇具挑战性，因为该微生物的宽度可能远小于1μm（相比之下，Waters研究的古菌寄生生物基因组大小是Sukunaarchaeum的2倍多，然而其直径仅为400nm）。此外，该团队正在研究该种微生物的谱系与其他古菌的关系，例如是否存在自由生活的近缘种，并对其蛋白质功能进行详细分析，特别是那些与细胞膜相关的巨大蛋白质，这些蛋白质可能在微生物与宿主之间的相互作用中起着关键作用。

Adamala认为这一发现能够提醒人们，生物学领域仍有许多未知领域值得探索。她表示，“这项研究充分展示了生物学的令人激动与迷人之处，同时也彰显了我们对其理解非常有限”。

文/Christie Wilcox

（译自Science，2025，388（6753））

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