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　　病毒是生命嗎？這是一個至今仍讓生物學家頭疼的問題。病毒具有一些生命特征，比如它具有遺傳物質（DNA/RNA）和蛋白質；但它又不完全是生物，它必須依賴別的宿主細胞才能生存。因此目前，生物的三域分類（細菌域、古菌域、真核域）中并不包含病毒。主流生物學也更多地將病毒視為一種特殊介于生命與非生命之間的“類生物”。

　　2 月 12 日，一篇發表于《自然》雜志的研究報告了數百種異常巨大的噬菌病毒，這些病毒因可以“吃”掉細菌而被稱為“噬菌體”。研究人員發現，這些巨型噬菌體與全球的微生物環境息息相關；更有意思的是，它們所具有的一些特征，讓微生物與病毒之間的界限變得更加模糊了。

　　噬菌體攜帶大量通常存在于細菌中的基因，并且能利用這些基因來對付它們的細菌宿主。新論文中所報告的這些巨型噬菌體發現于一個大型的 DNA 數據庫，這個數據庫中包含了來自全球近 30 個不同環境的 DNA 數據，從早產兒和孕婦的內臟到青藏高原的溫泉，從南非的生物反應器到醫院的病房，從湖泊海洋到地下深處……

　　從這些數據中，研究人員一共鑒別出了 351 種不同的巨型噬菌體。加州大學伯克利分校的地球和環境科學教授Jill Banfield是這篇論文的一名合著者，她已經對地球上不同環境中的微生物群落研究了超過 15 年，她介紹說，在研究過程中，時常會有意想不到的事情出現，比如這些以細菌為獵物的巨型噬菌體就是一個例子。

　　Banfield 說，噬菌體“是生物學的一部分，可我們卻對其知之甚少。這些巨型噬菌體填補了噬菌體與細菌和古生菌之間的空白。它們必然有一些成功的生存策略，是我們所認為的傳統病毒和傳統生物體的混合體。”

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　　一年前，Banfield 和她的團隊就曾報告過一些巨型噬菌體，她稱之為 Lak 噬菌體，可以在人類的腸道和口腔中找到，以腸道和唾液中的微生物為食。在新的研究中，他們對巨型噬菌體展開了更加全面深入的研究。除了在使用之前所積累的所有元基因組之外，他們還從全球的合作者那里獲得了新的元基因組。這些元基因組有的來自狒狒、豬、阿拉斯加駝鹿、土壤樣本、海洋、河流、湖泊和地下水，其中還包括一直飲用被砷污染的水的孟加拉國人。

　　他們鑒別出了 351 個長度超過 200 kb（千堿基）的噬菌體基因組，是噬菌體基因組平均長度的 4 倍。他們確定了其中 175 個噬菌體基因組的確切長度，并且還發現了一個長 735 kb 的全基因組。這是目前已知最大的噬菌體基因組，幾乎是普通噬菌體的 15 倍，它甚至比許多細菌的基因組都要大得多。

　　雖然目前研究人員尚不清楚這些巨型噬菌體中的大多數基因所編碼的究竟是什么蛋白質，但他們識別出了那些可以編碼對核糖體來說至關重要的蛋白質的基因。這些基因通常不存在于病毒中，只存在于細菌或古生菌中。

　　核糖體可以將信使 RNA轉譯為蛋白質，通常來說，是否擁有核糖體和轉譯能力是生命體和非生命體的區別所在，是區分病毒和細菌、生命和非生命的一個主要特征。生物學家在一些巨型噬菌體中發現過很多這樣的轉譯機制，因此說噬菌體讓生命和非生命的界限變得有些模糊。

　　除此之外，研究人員還從這些噬菌體中發現了許多別的基因，比如能將氨基酸帶到核糖體，使其整合到新的蛋白質中的轉運 RNA（tRNA），還有能用來編碼可裝載和調節 tRNA 的蛋白質的基因，以及一些可以啟動轉譯的蛋白質基因，甚至還發現了一些核糖體本身的片段。

　　巨型噬菌體很可能利用這些基因改變核糖體，讓它們以犧牲細菌蛋白為代價為自身復制更多蛋白。一些巨型噬菌體還有替代的遺傳密碼，可以編碼一種特殊的氨基酸，從而有可能混淆解碼 RNA 的細菌核糖體。

正在感染一個細菌細胞的巨型噬菌體（左側紅色）和正常大小的噬菌體。巨型噬菌體會將其 DNA 注入宿主細胞，通常只存在于細菌和古菌中的 Cas 蛋白，會操縱宿主細胞對其他病毒的反應。 圖片來源：Jill Banfield 實驗室 / UC Berkeley

　　此外，研究人員還發現在這些巨型噬菌體所攜帶的 DNA 中，還有細菌用來對抗病毒的CRISPR系統。其中一種巨型噬菌體還能制造出一種類似于Cas9的蛋白質，Bandfield 的團隊將這種小蛋質命名為CasØ，因為生物學中有用希臘字母Ø來表示噬菌體的習慣。

　　Banfield 認為，一種很可能的情況是，當這些噬菌體將它們的基因注入細菌之后，病毒的 CRISPR 系統就會增強宿主細菌的 CRISPR 系統，讓其主要應對其他病毒。

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　　研究人員將這 351 個巨型噬菌體分為 10 個新的群類，并且用論文合著者的所在國家所說的語言中，表示“巨大”的詞來對其命名：

• 梵文：Mahaphage
• 阿拉伯語：Kabirphage、Dakhmphage、Jabbarphage
• 日語：Kyodaiphage
• 英文（澳）：Biggiephage
• 英文（美）：Whopperphage
• 中文：Judaphage
• 法文：Enormephage
• 丹麥語：Kaempephage

巨型噬菌體系譜圖，左邊列出的是 10 個新發現的巨型噬菌體群。 圖片來源：Jill Banfield 實驗室 / UC Berkeley

　　從新的研究中，Banfield 總結道：“基因組較大的噬菌體在地球生態系統中相當顯著，而不是某個生態系統的獨有的。而擁有大基因組的噬菌體是相互關聯的，這意味著這些已經建立的譜系有著很長的大基因組歷史。擁有大型基因組是一種成功的生存策略，而我們對這種策略仍知之甚少。”

　　新發現的很多基因都是未知的，它們沒有既定的功能，因此研究人員認為，從這些巨型噬菌體中有望能找到可用于基因組工程的新工具，使它們成為可用于工業、醫療或農業的新蛋白質來源。

　　此外，新的發現還可能對人類疾病產生影響。比如噬菌體與細菌的一些耐藥性有關，以人類的腸道微生物群為例，它們可以把有害的基因帶到人體菌群中去。“有些疾病是由噬菌體間接引起的，因為噬菌體會在與發病機制和抗生素耐藥性有關的基因周圍移動，”Banfield 說。“基因組越大，它們在這類基因周圍移動的能力就越大，向人類微生物群落中的細菌傳遞不良基因的可能性也就越大。”

總結

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