病毒在地球上廣泛地存在。據估計，它們的數量是1031，是該星球上細菌數量的10倍，而且這一數字比銀河系中的恒星數量還要多。巨病毒（giantvirus）的特征具有異乎尋常大的基因組和病毒顆粒（包圍著病毒的遺傳物質）。它們能夠編碼幾種潛在地參與蛋白生物合成的基因，這一獨特的特征已讓人們針對它們的起源提出不同的假說。不過，在發(fā)現(xiàn)一組新的具有比之前已知的任何其他病毒更加完整的翻譯復合體基因的巨病毒之后，來自美國能源部聯(lián)合基因組研究所（JGI）、國家衛(wèi)生研究院（NIH）、加州理工學院（CalTech）和奧地利維也納大學的研究人員認為這組巨病毒（被稱作Klosneuvirus）顯著地增加了我們對病毒進化的理解。相關研究結果發(fā)表在2017年4月7日的Science期刊上，論文標題為“Giantviruseswithanexpandedcomplementoftranslationsystemcomponents”。

　　據預測，Klosneuvirus的宿主是原生生物（單細胞真核微生物），盡管迄今為止它們對原生生物的直接影響仍不清楚，但是它們被認為對這些有助調節(jié)地球上的生物地質化學循環(huán)的原生生物發(fā)揮著重大的影響。

　　論文共同通信作者、NIH進化與計算生物學家EugeneKoonin說，“這一發(fā)現(xiàn)讓我們對病毒進化獲得新的認識，極大地擴大了我們對病毒在它們的進化期間能夠捕獲多少必需的宿主基因的理解。鑒于蛋白合成是細胞生命的最為顯著的特征之一，這就表明這些新的巨病毒要比之前觀察到的任何病毒更加類似于細胞。”

　　自從2003年，科學家們已對巨病毒著迷。2003年，在DidierRaoult的領導下，一個法國生物學家小組發(fā)現(xiàn)了巨病毒Mimivirus。從那以后，少量的其他巨病毒也被發(fā)現(xiàn)。對這些巨病毒而言，它們的獨特能力在于它們編碼參與翻譯的蛋白（典型地從DNA到RNA再到蛋白），這讓科學家們對巨病毒起源產生興趣。之后，兩種進化假設出現(xiàn)了。一種假設指出巨病毒由一種古老的細胞（可能是來自滅絕的生物第四域的一種細胞，現(xiàn)有的生物分類是三域系統(tǒng)：古生菌、細菌和真核生物）進化而來。另一種假設指出巨病毒起源自較小的病毒。

　　論文共同通信作者、JGI微生物基因組學項目負責人TanjaWoyke認為，Klosneuvirus的發(fā)現(xiàn)支持后面的一種假設。她說，“在這種假說中，較小的病毒感染不同的真核生物宿主，在較長的時間內通過分次捕獲，獲得來自獨立來源的編碼翻譯復合體蛋白組分的基因。”

　　乍看之下，巨病毒Klosneuvirus中的這套“細胞”基因似乎具有一種相同的起源，但是當詳細地分析這些基因時，這些研究人員觀察到它們來自不同的宿主。從他們構建出的進化樹來看，他們注意到這些基因是這組巨病毒在它們的不同進化階段逐漸獲得的。這些來自Klosneuvirus的基因含有19種必需氨基酸（必需氨基酸總共有20種）特異性的氨酰-tRNA酶，20多種tRNA、一系列翻譯因子和tRNA修飾酶。這對所有病毒（包括之前已知的巨病毒）而言，這是一項史無前例的發(fā)現(xiàn)。

　　Woyke和JGI博士后研究員FrederikSchulz在分析來自奧地利克洛斯特新堡（Klosterneuburg）小鎮(zhèn)上的一個廢水處理廠樣品中的微菌落序列數據時，發(fā)現(xiàn)了巨病毒Klosneuvirus。這種數據是JGI社會科學項目（CommunityScienceProgram，CSP）關注工業(yè)廢水和生活污水處理中的硝化細菌多樣性時產生的。Woyke說，“我們曾期待在微菌落序列數據中獲得硝化細菌的基因組序列。發(fā)現(xiàn)一種巨病毒基因組將這個項目帶往一種意料之外的但又激動人心的全新方向。”

　　當Schulz注意到這些宏基因組（所有微生物群體基因組的總和）中的幾種來自病毒時，他和Woyke開展分析以便確定它們的來源。他們發(fā)現(xiàn)這組Klosneuvirus巨病毒來自一種新的病毒家族。巨病毒Mimivirus也屬于這個病毒家族。

　　Schulz說，“分析容納著上千種宏基因組的JCI整合微生物基因組與微生物組（IntegratedMicrobialGenomes&Microbiomes）系統(tǒng)中的序列數據，允許我們發(fā)現(xiàn)Klosneuvirus的進化親緣關系。”他注意到盡管Klosneuvirus的宏基因組發(fā)現(xiàn)有助解答重要的進化問題，但是它們的翻譯系統(tǒng)的確切生物學功能仍然是不清楚的。要解答這一點，至少需要將這組巨病毒在實驗室中與它們的宿主一起培養(yǎng)。

　　Koonin認為在宏基因組數據中，還有更多的巨病毒等待人們去發(fā)現(xiàn)。他說，“我非常自信的是，巨病毒基因組大小的當前記錄將會被打破。我們將看到巨病毒世界中真正的巨無霸。”