我们误读病毒了?为什么科学家说,病毒是大自然基因创新的动力


我们误读病毒了?为什么科学家说,病毒是大自然基因创新的动力
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在人类的发展历程中 , 病毒的名声一直不好 , 它们一直被当作掠夺生命的恶魔 。
人类历史上的几场瘟疫浩劫 , 超过一半都与病毒关 , 最骇人听闻的是“西班牙流感”病毒 。 在第一次世界大战结束那一年(1918年) , 因为全球贸易的发展 , 这种病毒在一年内感染了全球三分之一的人口(5亿人) , 让5000万到1亿人失去生命 。 而第一次世界大战造成的死亡人数才4000万 。
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最让我们印象深刻的还是最近的“新冠”病毒 , 即使现代医学如此发达 , 一年多时间过去 , 我们仍然深陷在对病毒的恐惧当中 。 然而 , 很多科学家却在为病毒“说好话” , 为病毒“正名” , 这又是为什么?
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一位叫伊万·埃里尔(IvanEril)的生物学家相信 , 至少有一种特定类型的病毒对人类是有益的 , 比如噬菌体或感染细菌的病毒 。 当这些病毒的DNA被细胞捕获时 , 它可能包含使该细胞能够执行新把戏的指令 。 他更相信 , 病毒是大自然基因创新的动力 。
细菌病毒的强大威力
噬菌体 , 可以入侵并控制陆地和海上的细菌 。 据统计 , 它们每天杀死多达40%的海洋细菌 , 帮助控制细菌的繁殖和有机物的重新分布 。 而它们选择性杀灭细菌的能力也让医生们兴奋不已 , 目前 , 天然和工程化噬菌体已成功用于治疗耐抗生素的细菌感染 。 这一过程被称为噬菌体疗法 , 可以帮助对抗抗生素耐药性 。
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噬菌体
最近的研究指出了噬菌体的另一个重要功能:它们可能是自然界最终的基因修补者 , 能够制造出新的基因 , 使细胞能够重组以获得新的功能 。
噬菌体是这个星球上最丰富的生命形式 , 大约有1诺亿个噬菌体(诺亿是数目名称 , 1000的10次方) , 随时在世界各地游动 。 与所有病毒一样 , 噬菌体也有很高的复制率和突变率 , 这意味着它们在每次繁殖时都会形成许多具有不同特征的变体 。
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大多数噬菌体都有一个称为衣壳的坚硬外壳 , 里面充满了它们的遗传物质 。 在许多情况下 , 外壳的空间超过了噬菌体储存复制所需DNA的空间 。 这意味着噬菌体有足够的空间携带额外的基因包袱:对生存不重要的基因可以随意修改 。
细菌的基因开关
为了了解这是如何发挥作用 , 科学家深入研究噬菌体生命周期 。 对我们来说 , 噬菌体有两种主要的类型:温和的和有毒的 。 像许多其他病毒一样 , 有毒的噬菌体会经历入侵-复制-杀死宿主的生命历程 。 它们入侵宿主 , 劫持宿主细胞内的组件 , 复制自己 , 然后爆发 。
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另一方面 , 温和的噬菌体起着长期的作用 。 它们将自己的DNA与细胞的DNA融合 , 并可能休眠多年 , 直到有什么东西触发它们的激活 。 然后 , 它们又恢复了毒性行为:复制并爆发 。
许多温和的噬菌体使用DNA损伤作为触发因素 。 如果细胞的DNA被破坏 , 这意味着驻留的噬菌体会跳船 。 但如果没有检测到宿主细胞的DNA损伤 , 指导噬菌体复制和爆发的基因会一直被关闭 。
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细菌重组了控制生命周期的机制 , 产生了一个复杂的遗传系统 , 也会促进细菌的进化 。 如果它们检测到DNA被破坏 , 它们会激活一组试图修复DNA的基因 。 这被称为细菌SOS反应 , 因为如果失败 , 细胞就会死亡 。 细菌利用一种对DNA损伤做出反应的开关状蛋白质来协调SOS反应:如果有损伤 , 它会打开 , 如果没有 , 它会关闭 。
也许并不奇怪 , 细菌和噬菌体开关在进化上是相关的 。 这就引出了一个问题:是谁发明了这个“开关” , 是细菌还是病毒?
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此前的研究表明 , 是病毒 。 科学家们发现类杆菌的SOS反应是由噬菌体开关控制的 , 该开关被重新安装以实现细菌自身复杂的遗传程序 。 这表明细菌SOS开关实际上是噬菌体开关 , 它在亿万年前被重新装备 。
噬菌体创造的不仅仅有细菌开关 , 研究表明 , 细胞分裂所需的细菌基因也是通过噬菌体毒素基因的“驯化”而产生的 。 许多细菌攻击系统 , 如毒素和用于将其注入细胞的基因枪 , 以及它们用来逃避免疫系统的伪装的基因 , 都有可能是来自噬菌体 。