Nat Commun：驚奇！居然有病毒攜帶黑寡婦蜘蛛毒素基因

一種微小的病毒可能像黑寡婦蜘蛛一樣蜇人。這是美國范德堡大學病毒學家Sarah Bordenstein和Seth Bordenstein對一種攻擊沃爾巴克氏體（Wolbachia）---該寄生菌不僅成功地感染黑寡婦蜘蛛而且也成功地感染一半以上的節肢動物物種（包括昆蟲、蜘蛛和甲殼綱動物）---的病毒進行基因組測序時作出的令人吃驚的發現之一。相關研究結果於2016年10月11日在線發表在Nature Communications期刊上，論文標題為「Eukaryotic association module in phage WO genomes from Wolbachia」。

Seth說，「發現與黑寡婦蜘蛛毒素基因相關的DNA非常令人吃驚，這是因為它是首次發現噬菌體---感染細菌的病毒---攜帶類似動物的DNA。」

正常情形下，噬菌體，如這項研究中研究人員研究的WO噬菌體，攜帶裂開和打敗它們感染的原核細菌細胞防禦系統的特定基因。Seth說，不過在這項研究中，「與黑寡婦蜘蛛毒素基因相關的DNA片段是完整的和廣泛分布的。也有證據表明這種噬菌體製造殺蟲毒素，但是我們並不確信這些毒素如何被使用。」

研究人員也發現WO噬菌體擁有許多來自動物基因組的其他DNA片段。這些片段包括在動物體內真核細胞中發現的用來檢測病原體的DNA序列，這種序列也參與觸發細胞死亡。此外，存在幾種被這些細胞用來逃避免疫反應的基因。Seth評論道，「這些序列更多是真核病毒而不是噬菌體所特有的。」

他猜測，WO噬菌體在這方面如此特別的原因在於它感染的宿主靶標的生活周期。一旦沃爾巴克氏體感染宿主節肢動物，它就將自己包裹在這種節肢動物的一層膜中。因此，這種噬菌體不得不強行穿過這些真核膜以便侵入或逃避。

他說，「我們猜測這種噬菌體在包圍著沃爾巴克氏體的節肢動物細胞的膜中製造孔，因而允許它克服包圍著沃爾巴克氏體的沃爾巴克氏體膜和節肢動物膜。這可能是它使用這些蛋白中的一些的方式。」

Seth和Sarah的測序和生物信息學研究也允許他們鑒定出WO噬菌體用來將它的基因組插入到沃爾巴克氏體染色體中的DNA序列。這種信息可能提供一種基本的能夠被用來對這種沃爾巴克氏體進行基因改造的工具箱。

這種能力可能被用來加強正在進行的利用沃爾巴克氏體抵抗登革熱病毒和寨卡病毒的研究。已證實沃爾巴克氏體阻止這些病毒在傳播它們的埃及伊蚊中增殖。利用沃爾巴克氏體感染蚊子並進行傳播已在澳大利亞、巴西、哥倫比亞、印度尼西亞和越南成功地進行過現場測試。

Eukaryotic association module in phage WO genomes fromWolbachia

ABATRACT:Viruses are trifurcated into eukaryotic, archaeal and bacterial categories. This domain-specific ecology underscores why eukaryotic viruses typically co-opt eukaryotic genes and bacteriophages commonly harbour bacterial genes. However, the presence of bacteriophages in obligate intracellular bacteria of eukaryotes may promote DNA transfers between eukaryotes and bacteriophages. Here we report a metagenomic analysis of purified bacteriophage WO particles of Wolbachia and uncover a eukaryotic association module in the complete WO genome. It harbours predicted domains, such as the black widow latrotoxin C-terminal domain, that are uninterrupted in bacteriophage genomes, enriched with eukaryotic protease cleavage sites and combined with additional domains to forge one of the largest bacteriophage genes to date (14,256?bp). To the best of our knowledge, these eukaryotic-like domains have never before been reported in packaged bacteriophages and their phylogeny, distribution and sequence diversity imply lateral transfers between bacteriophage/prophage and animal genomes. Finally, the WO genome sequences and identification of attachment sites will potentially advance genetic manipulation ofWolbachia.

本文選自：生物谷

本期編輯：南柯子

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