這項研究分析了病毒和所有生物域（domain）——從細菌和古菌等單細胞微生物到動(dòng)物、植物、真菌等真核生物——的蛋白質(zhì)結構。研究負責人、在美國伊利諾伊大學(xué)和巴基斯坦COMSATS信息技術(shù)學(xué)院任職的阿爾沙·納西爾（ArshanNasir）說(shuō)：“我們通常會(huì )用病毒與其宿主的關(guān)系來(lái)定義它們，但這么做就限制了我們對病毒和細胞之間相互作用的理解。”

 

“近期的研究已經(jīng)揭示，生物體可以和其他生物體形成合作關(guān)系，并以群體生活。例如，許多細菌和古菌都生活在人的體內，組成了人體的微生物群落，”納西爾補充道。來(lái)自伊利諾伊大學(xué)香檳分校基因組生物學(xué)研究所的農作物學(xué)教授GustavoCaetano-Anolles，以及韓國極地研究所的高級科學(xué)家KyungMoKim也參與了此次研究。

 

研究團隊采用一種生物信息學(xué)方法對病毒及其宿主生物體的基因組進(jìn)行了分析。他們并沒(méi)有把焦點(diǎn)放在會(huì )隨著(zhù)世代改變的基因序列上，而是分析了蛋白質(zhì)的功能部分——折疊子（folds）。每個(gè)折疊子——有超過(guò)1400個(gè)折疊子在所有生命域中都存在——都有著(zhù)獨特的三維結構，具有特定的作用形式。研究人員稱(chēng)，由于折疊子對蛋白質(zhì)功能非常重要，因此即使在編碼它們的基因序列因為突變或其他過(guò)程而改變時(shí)，折疊子依然能保持穩定。“這使蛋白質(zhì)折疊子成為大范圍時(shí)間跨度中可以信賴(lài)的演化標記，對于突變極為快速的病毒尤為如此，”納西爾說(shuō)道。

 

Caetano-Anolles表示，研究人員在所有生命域和所有類(lèi)型的病毒中發(fā)現了數百種蛋白質(zhì)折疊子，意味著(zhù)它們可能來(lái)自所有生命形式共同的古老祖先。不過(guò)，一些折疊子只出現在單個(gè)生命域及其所感染的病毒中，表明遺傳物質(zhì)的傳遞可能只出現在該類(lèi)病毒及其宿主之間。研究人員發(fā)現，在總共大約2000個(gè)折疊子超家族中，只有一個(gè)是古菌及感染古菌的病毒共有的，細菌及其感染的病毒共享的有29個(gè)，而真核生物及感染它們的病毒之間共有的有37個(gè)。

 

“如果有一個(gè)實(shí)體，它在某一個(gè)節點(diǎn)上是病毒，然后被選擇進(jìn)入了基因組中，那它變成了該生物分子遺傳物質(zhì)的一部分，”Caetano-Anolles說(shuō)道。研究團隊還發(fā)現了一個(gè)在任何單細胞生物基因組中都沒(méi)有出現過(guò)的、由病毒特異性蛋白質(zhì)折疊子組成的大子集。“這表明病毒能夠產(chǎn)生新的基因，并且很可能把這些基因傳遞給了單細胞生物，”納西爾說(shuō)道。

 

Abstract:

 

Virusescanbeclassifiedintoarchaeoviruses,bacterioviruses,andeukaryovirusesaccordingtothetaxonomyoftheinfectedhost.Thehost-constrainedperceptionofvirusesimpliespreferenceofgeneticexchangebetweenvirusesandcellularorganismsoftheirhostsuperkingdomsandviraloriginsfromhostcellseitherviaescapeorreduction.However,virusesfrequentlyestablishnon-lyticinteractionswithorganismsandendogenizeintothegenomesofbacterialendosymbiontsthatresideineukaryoticcells.Suchinteractionscreateopportunitiesforgeneticexchangebetweenvirusesandorganismsofnon-hostsuperkingdoms.Here,wetakeanatypicalapproachtorevisitvirus-cellinteractionsbyfirstidentifyingproteinfoldstructuresintheproteomesofarchaeoviruses,bacterioviruses,andeukaryovirusesandsecondbytracingtheirspreadintheproteomesofsuperkingdomsArchaea,Bacteria,andEukarya.Theexercisequantifiedproteinstructuralhomologiesbetweenvirusesandorganismsoftheirhostandnon-hostsuperkingdomsandrevealedlikelycandidatesforvirus-to-cellandcell-to-virusgenetransfers.Unexpectedlifestyle-drivengeneticaffiliationsbetweenbacteriovirusesandEukaryaandeukaryovirusesandBacteriawerealsopredictedinadditiontoalargecohortofproteinfoldsthatwereuniversallysharedbyviralandcellularproteomesandvirus-specificproteinfoldsnotdetectedincellularproteomes.Theseproteinfoldsprovideuniqueinsightsintoviraloriginsandevolutionthataregenerallydifficulttorecoverwithtraditionalsequencealignment-dependentevolutionaryanalysesowingtothefastmutationratesofviralgenesequences