海底神偷是你？前所未见的棘手新病毒

海中生物丰富度，远超乎想像！

地球上到底有多少种生物一直是科学家们争论不休的话题，其中，浩瀚海洋中拥有丰富且多样的生态，更是让科学家们趋之若鹜的神祕领域。过去，现代植物学奠基人－瑞典的林奈 (Carl Linnaeus, 1707-1778) 在他的年代估算大约有 7,000 种植物；1836 年达尔文开始撰写进化论手稿时，已知有超过六万种植物。到了 2016 年，美国印第安纳大学（Indiana University）教授 Jay Lennon 表示，地球上的物种数量高达万亿，是以前估算数值的 10 万倍，但目前人类已认知的物种数量，却只有物种数量总量的十万分之一！试想，若在一毫升的水中都可以发现上千万的病毒，那么到底有多少生物存在于我们肉眼看不见的世界 ? 真是难以想像！

随着科技越来越进步的今日，许多过去神秘的物种陆续被发现。最近，来自麻省理工学院的环境微生物学家马丁·波尔兹（Martin Polz）与其研究团队，以及纽约阿尔伯特爱因斯坦医学院 (Albert Einstein College of Medicine) 的研究人员，发现一个前所未闻的病毒家族，这个家族不仅在海洋中居主导地位，甚至可能已经存在我们的肠道中。

地球上存在最多的病毒是所谓的双链 DNA （dsDNA）病毒。病毒可能是促使微生物进化、群落组成和死亡率的主因。虽然它们在海洋中的主要作用直到 20 世纪 90 年代才得到承认，但病毒可感染的物种数量是影响物种间基因转移和病毒感染传播的关键。在这些病毒中，“尾巴”品种（它们的尾状结构被用来感染细菌）已被广泛研究，有尾噬菌的病毒（Caudovirales）特征常被当作载体，也是科学界知名的病毒。

被无尾病毒感染的海洋细菌，其细胞壁是长双线，病毒是中心为黑色的点状物。来源：MIT News

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新发现病毒，竟有强大破坏力

本次研究中，Kathryn M. Kauffman 博士花了三个月的时间，每天从麻州海岸水域采集样本，并将样本中发现的病毒，放在容易培养的 Vibrionaceae 细菌群体中（是一种常见的海洋细菌家族）中培养 2 周。在测试的所有细菌中， Kauffman 博士隔离了 241 个以前未知的病毒，发现其中 18 个是没有“尾巴”的。随后，他们将新的病毒群释放到 300 株海洋细菌上，并比较新病毒与尾状病毒所造成的破坏程度。得出的结果相当令人震惊：虽然无尾病毒只占全部病毒总数的 10%，但它却杀死了 40% 的细菌！

进一步分析显示，无尾病毒的基因组有另一项特点：形成自己独特的谱系，而且基因组由 10,000 个碱基组成，比其他一般病毒的 40,000 到 50,000 个碱基更短。该团队把他们的发现称为 Autolykiviridae，来源是希腊神话中著名的窃贼和骗子奥托吕科斯（Autolycus），以相当难捉摸而闻名。研究团队认为这次发现的病毒和奥托吕科斯同样棘手。不过目前可庆幸的是，Autolykiviridae 已经被发现了，而且这个发现如同帮助科学家们找到过去病毒进化未知部分的一块缺失拼图。

透过新研究方法，揭开棘手病毒的神秘面纱

实验室中常利用氯仿破坏细胞膜，作为在噬菌体分离过程中限制细菌污染的一种方式；而Kauffman 博士等人使用密度梯度离心方法（Density Gradient Centrifugation），分离用于 DNA 序列分析的噬菌体时，将包含大多数噬菌体的较重部分分开后的低密度部分中，发现病毒，再利用蛋白酶提取 DNA，这是标准大规模病毒定序研究较少见的步骤。过去因某些病毒的生物学特征在实验室很难培养与分析，或一些标准病毒分离方法具有取样偏差（如病毒颗粒含有脂质），又或者以病毒样本感染细菌测试病毒活性，检查样本的时间太短，故一直无法发现他们的存在。Kauffman 博士表示，这次特殊的无尾病毒因行动缓慢，细菌被杀死的区域需要过好多天才会出现，所以在大部分研究中，这些病毒的出现都没有被注意到。获得这些新序列讯息后，研究人员进一步发现这类病毒不只存在于海洋中。

新病毒不只影响海洋，也与我们息息相关

细菌是海洋食物链底层组成的关键，而新种的病毒感染和杀死细菌的超强破坏力，对海洋的健康和功能也具重大影响。此外，研究联合负责人 Libusha Kelly 博士说：“我们已经在（人类）肠道微生物中发现相关的病毒序列，但我们还不知道它们是如何影响肠道微生物群落或它们对健康有多重要。”这项研究使我们能够观察其他生态系统，如人类的肠道，以检测过去未知的病毒，并了解它们如何影响细菌种群。虽然要了解这些病毒在海洋及人体等生态系统中的作用与影响，仍有许多研究要进行，但如同南加大（University of Southern California）海洋生物学家 Jed Fuhrman 所说：“这项研究替我们更深入了解病毒于海洋中的作用，开辟了新的途径”。

文 / Miggy Chang

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参考文献：
1.https://www.sciencealert.com/entirely-unknown-family-of-infectious-viruses-discovered-in-the-ocean-parasites-tail-less-autolykiviridae
2.https://www.nature.com/articles/nature25474
3.https://www.prnewswire.com/news-releases/previously-unknown-ocean-virus-family-may-also-populate-the-human-gut-300587675.html
4.https://www.nature.com/articles/d41586-018-00923-8
5.https://www.genomeweb.com/sequencing/new-double-stranded-dna-virus-family-identified
6.http://news.mit.edu/2018/new-type-virus-found-ocean-0124