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大家可能聽說過這樣的說法：我們體內的細菌是自身細胞的10倍之多。儘管具體數字存在爭議（有研究認為兩者數量相近），但微生物的確構成了人體的重要成分。現在，一項新研究告訴我們：在我們體內，還隱藏著更加神秘的未知世界。
斯坦福大學的研究團隊發現，人體微生物中普遍存在一種挑戰生命定義的全新病毒樣元件。這種前所未見的傳染因子，構成了人體微觀世界中一直被忽視的成分。目前該論文可見於預印本網站bioRxiv，正在等待同行評議。
“這太瘋狂了，”沒有參與這項研究的北卡羅來納大學教堂山分校細胞和發育生物學家Mark Peifer在接受《科學》網站採訪時直言，“我們看得越多，看到的東西就越瘋狂。”
由於不能獨立於宿主細胞進行自我複製，一直以來，病毒都處在生命定義的模糊界線上。病毒的結構已經足夠簡單，但還有一類比病毒更加簡潔的元件，這就是類病毒（viroid）。
類病毒由植物病理學家在植物體內首次發現，它們是一種能感染宿主的環狀RNA分子。相比於同樣以RNA為遺傳物質的RNA病毒，類病毒不具備後者典型的蛋白質衣殼；此外，不同於部分RNA病毒能編碼自我複製所需的聚合酶，類病毒選擇藉助真核宿主的RNA聚合酶進行復制，因此類病毒的基因組更加簡潔，也是已知最小的基因組。這種簡潔性定義了生物資訊傳遞的極限，也丟擲了一個問題：為什麼與RNA病毒相比，已知的類病毒如此之少見？
科學家們長期認為類病毒僅存在於植物中，它們可以與植物的基因組互作，對植物尤其是農作物的生長發育造成影響。但在其他生命型別中，卻沒有發現類病毒存在的直接證據。近些年來，人們開始在更廣泛的生命型別中展開探索，提出類病毒有可能存在於更多的活體系統中，但由於與已知類病毒缺少可檢測的相似性而被忽視。
斯坦福大學生物學家Andrew Fire教授領導的團隊將目標鎖定在人體微生物組中。2006年，時年47歲的Fire教授因在RNAi及基因沉默現象中的貢獻獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。在最新研究中，研究團隊開發了一種生物資訊學方法，對人類腸道微生物組的資料進行分析，從而鑑定其中可能存在的環狀RNA類病毒元件。
▲Andrew Fire教授領導了最新研究（圖片來源：Andrew Fire個人主頁）
為此，研究團隊檢索了已發表的整合人類微生物組計劃宏轉錄組資料，從超過500萬個公開測序資料集中，鑑定出近3萬個環狀RNA。每個RNA分子由約1000個鹼基構成，如此短的序列可能是我們長期忽視它們的原因之一。研究團隊預測，這些分子能摺疊為棒狀的RNA二級結構。
研究團隊表示，它們不太可能是真正的病毒，因為其鹼基數量比RNA病毒更少，並且似乎不會編碼組成衣殼的蛋白。另一方面，這些環狀RNA與已知的類病毒也有些區別。這些RNA分子能編碼一種被命名為Oblin的全新蛋白，研究人員猜測這種蛋白可能參與了RNA的自我複製過程，因此這種元件比標準的類病毒更復雜。
也就是說，這種環狀RNA似乎是一種介於病毒與類病毒之間的全新元件。研究團隊這種新發現的環形RNA命名為“Obelisk”（obelisk有方尖碑之意），並且指出這一發現可能有助於填補最簡單的遺傳分子與更復雜的病毒之間的鴻溝。
▲研究推測Obelisk能夠編碼Oblin蛋白（圖片來源：參考資料[1]）
關於Obelisk的一個重要發現是，其所含的基因與目前在其他生物體中發現的任何基因都不同，因此形成了一個獨立的系統發育組，與特徵性基因組或病毒組缺乏明顯的同源性。作者在論文中寫道，它們“組成了一種在人類以及全球微生物中定植，但長期被忽視的多樣化RNA”。
在檢測的人類微生物資料庫中，研究團隊從7%的人類腸道細菌，以及50%的人類口腔細菌中發現了Obelisk序列。作者進一步分析了5項已發表的人類口腔與腸道微生物組研究的資料，發現Obelisk在472位志願者中的總體流行率約為9.7%，並且Obelisk的分佈具有明顯的解剖學特異性，即來自身體不同部位微生物的Obelisk具有各不相同的序列。
在此基礎上，研究還從資料庫中鑑定出了一組Obelisk與宿主的具體案例。研究發現，一種常見的口腔微生物——血鏈球菌（Streptococcus sanguinis）是Obelisk用於複製的一類宿主，其中包含了編碼Oblin蛋白、長1137個鹼基的環狀RNA。研究團隊指出，雖然目前尚不知道其他Obelisk的宿主，但有理由推測，至少有一部分存在於細菌之中。
圖片來源：123RF
對於這種全新的RNA分子，還有很多有待解釋的重要問題。例如，它們與病毒在演化中的關係是怎樣的？病毒是由越來越複雜的Obelisk演化而來；還是說先出現病毒，隨後病毒再退化為這些更簡單的結構？另一方面，Obelisk與已知的類病毒有著怎樣的不同？相信隨著進一步研究的開展，這些神秘元件將為病毒以及其他原始生命的演變提供更加清晰的畫卷。
參考資料：
[1] Ivan N. Zheludev, Robert C. Edgar, Maria Jose Lopez-Galiano, Marcos de la Peña, Artem Babaian, Ami S. Bhatt, Andrew Z. Fire. Viroid-like colonists of human microbiomes. bioRxiv 2024.01.20.576352; doi: https://doi.org/10.1101/2024.01.20.576352
[2] ‘It’s insane’: New viruslike entities found in human gut microbes. Retrieved Jan 26, 2024 from https://www.science.org/content/article/it-s-insane-new-viruslike-entities-found-human-gut-microbes
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