（DianaYates/文，芒果妖怪/译）病*是生物，它们和细胞一同经历了漫长的进化史——这一假说最近得到了一项新研究[1]的支持。研究人员称，这项研究首次提供了可靠的方法，将病*的演化追溯到病*和细胞都还不以当前形式存在的时期。这项新发现发表在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上。
从蛋白质的折叠方式窥视病*的演化历程伊利诺大学作物科学教授、卡尔·乌斯基因组生物学研究所教授古斯塔沃·凯埃塔诺-安诺莱斯（GustavoCaetano-Anollés）带领研究生阿尔上·纳西尔（ArshanNasir）完成了这项分析。
古斯塔沃·凯埃塔诺-安诺莱斯的团队用生物信息学方法分析了病*蛋白质的折叠，从而追溯其演化历程。图片来源：L.BrianStauffer/illinois.edu
古斯塔沃表示，在此之前，病*的分类相当困难。国际病*分类委员会在它最新的报告中将病*根据形态大小、遗传结构和增殖方式将之划分出了7个目。“基于这种分类方式，同一目下不同科的病*很可能来自共同的病*祖先。”论文作者写道，“然而，（个科中）仅有6个能归到特定目中，它们中大多数病*的进化关系也尚不明确。”
这种不明确部分归因于病*的丰富多样。尽管科学家估计有超过万种病*，但目前经过鉴定并测序的病*还不到种。很多病*极小，比细菌和其他微生物还要小很多，并且只包含少数基因；有些病*——比如近期发现的拟菌病*（mimivirus）——却个体巨大，基因组也甚至比某些细菌的还大。
图中展示的分别是噬菌体（5nm）、艾滋病病*（10nm）、埃博拉病*（nm）和西伯利亚阔口罐病*（nm）。多种多样的形态、基因组大小和生活方式使病*分类非常困难。图片来源：JulieMcMahon
这项新研究专注于研究庞大的蛋白质折叠结构（folds）库——所有细胞和病*的基因组都编码蛋白质，而折叠是蛋白质结构的基石，赋予蛋白质复杂的三维形状。通过比较“生命之树”各分支上蛋白质折叠结构的异同，研究人员能够重建折叠结构的演化史，以及编码这些结构的生物体的演化史。
古斯塔沃解释，研究人员之所以选择研究蛋白质的折叠结构，是因为病*基因组的序列在不断地迅速改变，它们的高突变率模糊了深藏其中的进化迹象。蛋白质折叠结构是更好的古事件标记，因为即使编码蛋白质的基因序列开始发生变化，其三维结构依然可能维持不变。
通过研究蛋白质的折叠结构，研究者得以窥视各种病*间可能的演化关系。图片来源：ArshanNasir
分析结果提示病*起源于多种古细胞如今，很多病*（包括致病病*）占用宿主细胞的蛋白质组装机器来自我复制，从而继而扩散到其他细胞。病*常常将自己的遗传物质插入到宿主DNA中。事实上，古病*的整合痕迹已经成为了现在大多数细胞生物体基因组的永久特征——包括人类在内。古斯塔沃说，这种转移遗传物质的本领可能是病*最初充当“多样性传播者”角色的证据。
研究人员分析了涵盖了生命树所有分支的种生物体（包括种病*）中已知的蛋白质折叠结构。利用先进的生物信息学方法，他们鉴定出细胞和病*共享的44种蛋白质折叠结构，另有66种为病*所特有。“这说明你能构建一棵生命树了，因为你在病*中发现了大量的特征，这些特征所具有的性质不但在细胞里存在，在病*里也都存在。”古斯塔沃说，“而除了和细胞共有的这些组分，病*也有自己独特的结构。”
古斯塔沃说，事实上，此次研究在病*中发现了从未在细胞中出现过的基因序列。这和“病*的所有基因都来自于细胞”的假说相悖。他说，这一点，联合其他发现，也支持病*是“开拓创新者”的观点。
利用在线蛋白质折叠结构数据库，纳西尔和古斯塔沃用计算机方法构建了包括病*在内的生命树。数据显示，“病*起源于多种古细胞……并且和现代细胞的祖先共存。”古斯塔沃说，这些古细胞很可能含有不连续的RNA基因组。
根据44种由病*与细胞生物共享的蛋白质折叠结构重建的系统发生树。图片来源：研究论文[1]
古斯塔沃说，数据还显示，在进化史的某个节点，即现代细胞生物出现不久后，大多数病*获得了将自己包装进蛋白质外壳的能力，以保护其遗传物质、使其部分生活史能够发生在宿主细胞外，并进行传播。形成病*衣壳的蛋白质就包含病*特有的蛋白质折叠结构。
“随着时间推移，这些衣壳变得越来越精细，使得病*能够感染那些原先能抵抗它们的细胞。”纳西尔说，“这是寄生的典型特征。”
病*是不是生物？传统观点正遭受动摇有些科学家认为病*并非生物，只是依存于细胞生命的DNA和RNA片段。他们指出，病*不能在宿主细胞外复制（增殖），还要依靠细胞的蛋白质组装机器执行功能。但是很多证据显示，病*和其他生物体的区别并没有那么大，古斯塔沃说。
“很多生物体都需要依赖其他生物体生存，比如生活在细胞内的细菌、专性寄生关系中的真菌—他们依靠宿主完成生活史。”他说，“病*也正是这么做的。”
古斯塔沃说，巨大的拟菌病*在1世纪初被发现，也挑战了关于病*本质的传统观点。“这些巨大的病*与只有7个基因的微小的埃博拉病*不同，它们体型庞大，还有巨大的基因库。”他说，“有些病*的外形、基因组都和寄生细菌差不多大，甚至比它们更大。
古斯塔沃说，有些巨大的病*还有编码翻译过程（即细胞读取基因序列，组建蛋白质的过程）中关键蛋白质的基因，而病*内缺乏翻译机器曾是人们将它们归为非生命体的理由。
“这理由时过境迁了。”古斯塔沃说，“现在病*值得在生命树中占有一席之地了。显然，病*可没我们以前想得那么简单。”
（编辑：Calo）
参考文献：Nasir,Arshan,andGustavoCaetano-Anollés.Aphylogenomicdata-drivenexplorationofviraloriginsandevolution.ScienceAdvances1.8():e57.
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