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不止在植物中, 多分体病毒也存在于动物体内

作者:多分体基因组

病毒学研究

多分体病毒/多分体基因组

多分体病毒又被称为多成分病毒、协同病毒、多粒子病毒或多隔室病毒。

病毒基因组形成的三种主要类型:不分节段,分节段和多分体病毒。

不分节段和分节段病毒在**的病毒颗粒里运输所有需要的遗传物质来完成病毒的周期;

而多分体病毒有明显的分节段基因组,它们的染色体分布于两个或更多的病毒颗粒之中。共感染是后多分体病毒传播的必要条件。

人们对多分体病毒的理解上有许多疑问。

其中主要的疑问是为何多分体病毒会存在。尽管它们大多数受限制在植物类,多分体病毒也可能已经进化出现在其他物种。

尽管目前缺乏对多分体病毒的适应优势的机制的了解,这个适应优势弥补了它们怪异和昂贵的生活方式。我们只能推测多分体是一个稳定的进化策略。


按传统的认知,多分体病毒仅存在与植物体内。

但后来的发现颠覆传统认识!

多分体病毒也存在于动物体内

2016年8月25日在线发表于Cell Host & Microbe上的一项新研究却让科学家们不得不重新思索动物病毒的侵染方式。

来自美国陆军传染病医学研究所的研究团队从蚊子中发现了一种新的病毒---瓜伊科库蚊病毒(Guaico Culex virus, GCXV),该病毒由多个不同的片段组成,蚊子必须同时拥有其中几种特定的组分才能被成功感染。

该文在研究GCXV的多组分侵染机制时利用了LGC Biosearch公司的单分子Stellaris   RNA FISH探针,研究人员作者设计了一系列不同荧光基团标记、分别特异性靶向5个核酸片段的探针,在荧光显微镜下观察了病毒侵染细胞中GCXV不同核酸片段的共定位情况,证实该病毒确实由多个组分构成,为首次在动物体内发现的多分体病毒。


在某些病毒中,基因组并不是一条核酸分子,而是由多条分子组成,这样的病毒基因组被称作多组分基因组(或多分体基因组)。

多组分基因组在病毒中有两种存在形式:

(1)所有核酸组分包裹在同一病毒粒子中,如流感病毒;

(2)多个核酸组分分别被不同的病毒粒子包裹,它们实际上是由几个不同的病毒粒子所组成的复合体,这类病毒就被称为多分体病毒。

长期以来,科学家一直认为多分体病毒为植物和真菌所特有,且仅存在于正单链RNA(+ssRNA)病毒中,如黄瓜花叶病毒属(Cucumovirus)和苜蓿花叶病毒(AMV),它们均有四条核酸链,但被包装在三种或四种不同大小的粒体中。


“这是一件非常奇特的事情”,来自澳大利亚悉尼大学的病毒学家Edward Holmes(未参与该项研究)说,“就像病毒被肢解了一样。如果你将它比作人类的身体,就好比一个人将他的腿、手臂和躯干放在了不同的地方,然后某个时间,所有的部分以某种方式聚集到了一起,它们就像单个完整病毒一样发挥作用。我认为自然界中还没有其他物种以这种方式行动。”


大部分病毒都具有单一的结构,有些病毒的核酸会包含多个基因组,比如6个左右,但是通常所有基因组都包裹在一个微小的球状粒体中(单分体病毒),这种病毒微粒直径大概只有人类头发丝的500分之一宽。


“你可以将它想象成一个带刺的微迷你网球,” Edward Holmes说。

当病毒侵染细胞时,这个球状物就附着到细胞表面,打开球体,将其基因组输入细胞里面。

嗖的一声!细胞就被侵染了。这就是通常病毒侵染的过程,一个病毒颗粒附着在一个细胞上。


但是GCXV瓜伊科库蚊病毒不是这样的。它包含5个基因组,并且不同的基因组分别被包裹在不同的病毒粒子中(多分体病毒)。想象一下有5个网球,颜色各不相同:红色的、蓝色的、绿色的、黄色的以及橙色的。


Cell Host & Microbe的这篇研究显示,只有当其中四种不同颜色的“网球”都附着到细胞上时,蚊子才会受到病毒的成功侵染,否则侵染就会失败。

“在病毒感染蚊子过程中,第五个节段似乎是可有可无的“,该文**作者Jason Ladner称,其可能控制着宿主的感染强度。

Jason Ladner及其研究团队是在瓜科伊地区(Guaico)的一种库蚊(Culex)体内发现的这种病毒,因此他们将其命名为瓜科伊库蚊病毒(Guaico Culex Virus)。库蚊是美国十分常见的一种蚊子,并且能够传播西尼罗病毒。


该研究是一项更大的项目中的一部分,这个项目旨在探究除了Zika病毒和黄热病毒,蚊子中还有哪些潜在病毒可能会威胁到人类。

Ladner的研究团队走遍世界各地收集蚊子,观察其中存在哪些病毒种类,就为了在这些病毒成为人类健康的威胁之前发现并解析它们。

“我们试着确保下一个病毒病爆发时我们不会傻了眼,感到措手不及”,本文的通讯作者病毒学家Gustavo Palacios声明,“随着新发现的病毒正呈现出越来越大的多样性,谁也无法预料哪一种病毒会成为下一个人类健康的威胁。”


迄今为止,瓜伊科库蚊病毒似乎还不会侵染人类。但是Ladner及其威斯康星大学同事在乌干达的红疣猴体内发现了这种类似病毒。

事实上,每年科学家们都会发现上千种新病毒,随着新技术的飞速发展,目前鉴定病毒的种类已经不是一件难事了,但是要了解病毒的侵染方式和潜在致病性却不是那么简单的,对于病毒而言,充满了太多的未知性和可能性,所以我们必须防患于未然。

因此,选择一个好的有效的研究工具就显得极为重要。


单分子RNA FISH是近年来新兴的一种RNA检测技术,不同于DNA FISH和IHC,该技术通过设计探针,能够特异性地识别RNA,再利用探针上标记的不同荧光染料,可以实现在显微镜下实时观测单分子RNA的定位和表达情况。由于多数病毒的核酸物质为RNA,因此在病毒研究中,RNA FISH几乎成了观测病毒侵染及转移的必备工具。


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扩展阅读

多分体现象和多分体病毒的秘密(一)








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