这些病毒感染了所谓的 Asgard 古细菌。
研究人员使用深海潜水器从加利福尼亚湾的一个盆地收集沉积物样本和微生物
科学家们发现了隐藏在一组古老微生物中的神秘病毒的“指纹”，这些微生物可能有助于推动地球上所有复杂生命的兴起：从真菌到植物再到人类。
这些微生物——以北欧神话中众神的居所后被称为阿斯加德古菌——潜伏在海洋深处的寒冷沉积物中和沸腾的温泉中，并且在第一批真核细胞之前就存在于地球上，真核细胞将它们的 DNA 携带在细胞核内.一些科学家推测，通过感染 Asgard 古生菌，病毒可能影响了这种生命形式的最初形成方式，甚至可能产生了细胞核的一些最初的前体。但在此之前，还没有发现感染 Asgard 的病毒。
现在，在周一（6 月 27 日）发表在《自然微生物学》杂志上的三项研究中，科学家们已经确定了一系列可以感染古代古细菌的病毒。
“这些是研究 Asgard 古细菌病毒的第一项研究；以前没有任何已知信息，”德国不来梅马克斯普朗克海洋微生物学研究所古细菌病毒学研究小组组长 Susanne Erdmann 说，他没有参与这些研究。 . Erdmann 在一封电子邮件中说，在未来，这一研究方向可能会揭示病毒是否以及如何参与地球上真核细胞的出现。
除尘病毒“指纹”？
在这项新研究中，科学家们寻找嵌入 Asgard 古细菌 DNA 中的病毒感染证据。这种嵌入的证据以病毒 DNA 的短片段形式出现，称为“CRISPR 间隔区”。
德克萨斯大学奥斯汀海洋科学研究所前博士生、《自然》杂志的第一作者伊恩·兰博说，大多数听到 CRISPR 一词的人都会想到著名的基因编辑工具，它可以让科学家轻松操纵基因序列。微生物学研究。然而，他告诉 Live Science，这种基因编辑工具最初是从细菌和古细菌的自然防御机制中改编而来的。
首字母缩略词“CRISPR”代表“规则间隔的短回文重复簇”，指的是由短的重复序列组成的 DNA 区域，每个重复之间夹有“间隔物”。细菌和古细菌从感染它们的病毒中清除这些间隔物，因此，如果它们再次攻击，细胞会保持病毒 DNA 的记忆库，帮助它们识别病毒。 “这是一种适应性免疫系统，可以记住这些以前的感染，”兰博说，他现在是美国农业部农业研究服务部的博士后学者。
兰博和他的同事在加利福尼亚湾的瓜伊马斯盆地——下加利福尼亚州和墨西哥大陆之间的水体——寻找从热液喷口附近的沉积物中收集的阿斯加德古细菌标本中的这种 DNA 间隔区，大约 1.25 英里（2 公里）。水的表面。该团队将他们发现的间隔物与从深海环境中收集的更长的病毒 DNA 相匹配。
“从深海沉积物中对病毒进行测序相当容易……但挑战在于识别这些病毒感染的宿主，”巴黎巴斯德研究所古细菌病毒学部门负责人、该研究的合著者 Mart Krupovic 说。 其他两个研究。 “CRISPR间隔匹配是分配宿主最方便、最有说服力和最可靠的方法。”
最后，Rambo 的团队发现了六种病毒，它们感染了两种 Asgard 古细菌，分别命名为 Lokiarchaeota 和 Helarchaeota，分别代表北欧神 Loki 和女神 Hel。 研究人员以北欧神话中的生物命名新发现的病毒，包括巨狼 Fenrir 和龙 Nidhogg。
CRISPR-Cas9 系统的插图
同样，在一项研究中，克鲁波维奇和他的同事们发现了两种病毒，他们将这两种病毒命名为 Huginn 和 Muninn，取名于为北欧神奥丁提供侦察兵的两只乌鸦。 这些病毒是在从黄石国家公园的一个温泉中采集的 Asgard 基因组中发现的。
在最后一项研究中，克鲁波维奇和他的合著者在从日本本州岛东北角的下北半岛以及太平洋的另外两个地点和印度洋的一个地点收集的深海沉积物中发现了病毒。 在这些样本中，他们发现了三个家族级别的病毒组，他们以三个 Norns 命名——Wyrd、Verdandi 和 Skuld——它们是决定北欧神话中神与凡人命运的超自然生物。
通过病毒 DNA，研究人员可以推断出各种基因编码的蛋白质类型，从而推断出病毒的外观和功能。
例如，Krupovic 和他的同事确定，以 Norn Verdandi 命名的病毒可能有从外壳或衣壳延伸出来的尾巴，而以 Wyrd 命名的病毒可能是柠檬形的。 Rambo 的团队还发现证据表明 Nidhogg 病毒可能能够劫持宿主细胞中的关键蛋白质，这些蛋白质将帮助病毒泵出自身的新副本。 （感染真核细胞的病毒以类似的方式劫持它们的宿主。）
最终，研究人员只能弄清楚一些病毒基因的功能。 Erdmann 说，绝大多数基因的功能仍然未知。此外，由于 CRISPR 不能对抗所有病毒，因此可能还有更多感染 Asgard 的病毒尚未被发现，她说。
找到这些隐藏病毒的一种方法是在实验室中培养 Asgard 古细菌并分离在其细胞中发现的任何病毒。 “然而，事实证明培养 Asgard 古细菌非常困难，”Erdmann 指出。迄今为止，只有一个研究小组成功培养了 Asgard 古菌，他们花了 12 年的时间才完成。这部分是因为古细菌细胞需要数周才能复制。 （相比之下，根据《科学新闻》，例如，大肠杆菌大约需要 20 分钟）。
Krupovic 说，在实验室能够培育出更多的 Asgards 之前，CRISPR 间隔区匹配可能是找到更多病毒的最有效方法。 Rambo 告诉 Live Science，随着越来越多的病毒被发现，它们在真核生物（包括人类）出现中的作用可能会变得更加清晰。