Nature：噬病毒體mavirus讓單細胞生物對巨病毒產生適應性免疫

所有的有機體---不論大的還是小的---都處於眾多病毒的持續攻擊之中。因此，多種先天性和適應性免疫防禦系統進化出來讓寄生物（如病毒）處於控制之中。如今，在一項新的研究中，來自德國馬克斯普朗克醫學研究所的研究人員在單細胞真核生物中發現一種新類型的抗病毒防禦機制：一種病毒讓宿主對另一種病毒產生適應性免疫。相關研究結果發表在2016年12月8日那期Nature期刊上，論文標題為「Host genome integration and giant virus-induced reactivation of the virophage mavirus」。

鞭毛蟲咖啡廳洛博金斯（Cafeteria roenbergensis）是全世界所有海洋中發現的單細胞生物，它主要以細菌為食，因而在海洋食物鏈中發揮著關鍵性作用。咖啡廳洛博金斯和它的近緣物種能夠被巨病毒CroV感染，而且CroV最終會殺死宿主細胞。巨病毒編碼上百種蛋白，產生複雜的被稱作「病毒工廠」的細胞質複製位點，這些病毒工廠也含有正常情形下位於細胞核中的RNA聚合酶等酶。這種酶複雜性接著會吸引更小的被稱作噬病毒體（virophage）的病毒，從而導致噬病毒體寄生在位於同一個宿主細胞內部的巨病毒CroV的病毒工廠中。一種被稱作mavirus（Maverick-related virus）的噬病毒體能夠有效地抑制CroV複製，而且當共感染的細胞裂解時，這僅導致mavirus病毒顆粒釋放，不會產生新的CroV病毒顆粒。根據古諺語「敵人的敵人就是朋友」，在mavirus存在時，咖啡廳洛博金斯細胞群體可能因此在CroV感染中存活下來。

保護作用僅在同時感染時才存在

在這項新的研究中，Matthias Fischer和Thomas Hackl弄清楚了這個病毒-噬病毒體-宿主系統中的重寄生（hyperparasitism）現象。他們證實mavirus高效地將它的基因組插入到宿主細胞基因組中，這個過程被稱作DNA整合。在它的整合狀態下，mavirus基因是沉默的，也就是沒有mavirus蛋白會產生。然而，當CroV感染含有整合的mavirus基因組的細胞時，mavirus基因處於活性狀態，而且產生新的噬病毒體顆粒。Fischer和Hackl觀察到在這些初始感染的細胞中，CroV複製並沒有受到抑制，這可能是因為在共感染期間，存在更慢的mavirus反應。當這些細胞裂解時，CroV和mavirus顆粒都會釋放出來，接著在隨後的共感染事件期間，mavirus能夠阻止CroV複製。這會阻止CroV顆粒進一步產生，保護細胞群體中仍然健康的那一部分免受CroV感染。

因此，基於mavirus的抵抗裂解病毒CroV的適應性免疫僅在細胞群體水平中發揮作用，但不會在被CroV感染的單個細胞中發揮作用。每個被CroV感染的細胞註定會死亡，但是在裂解期間，通過釋放重新激活的mavirus顆粒，這種死亡的細胞利他地提供一種防禦措施，從而能夠保護其他的細胞免受CroV感染。

即便缺乏巨病毒時，marvirus也會得到維持

Fischer說，「這個例子也表明並不是所有病毒都是對它們的宿主有害的。mavirus已與它的宿主建立一種互利共生的關係。作為一種噬病毒體，mavirus若要能夠複製則需要同時被一種可共處的巨病毒感染的宿主細胞。在不含CroV的宿主細胞群體中，mavirus可能會滅絕。然而，通過自身整合到宿主基因組中，mavirus被動地通過這種細胞得以維持，因而能夠長時間地以這種狀態持續存在，除非CroV感染激活這種潛伏的mavirus。明顯地，這種宿主細胞也從mavirus的存在中獲得益處，這是因為它保護這種細胞群體免受CroV感染導致的死亡。」

這種新發現的防禦機制的生態學作用仍然是未知的。Fischer解釋道，「我們的研究是在受到控制的實驗室條件下開展的，因此我們不能夠評價自然環境下基於噬病毒體的適應性免疫的重要性。但是，鑒於我們知道要尋找什麼，我們能夠篩選其他的單細胞生物的基因組以便尋找整合的噬病毒體存在的跡象，這將讓我們首次評估這種抗病毒防禦系統在環境中如何廣泛地存在。這是另一個例子說明能夠在微生物之間發現顯著的生物學相互作用多樣性。」

原文摘要：

Host genome integration and giant virus-induced reactivation of the virophage mavirus

Endogenous viral elements are increasingly found in eukaryotic genomes1, yet little is known about their origins, dynamics, or function. Here we provide a compelling example of a DNA virus that readily integrates into a eukaryotic genome where it acts as an inducible antiviral defence system. We found that the virophage mavirus2, a parasite of the giant Cafeteria roenbergensis virus (CroV)3, integrates at multiple sites within the nuclear genome of the marine protozoan Cafeteria roenbergensis4. The endogenous mavirus is structurally and genetically similar to eukaryotic DNA transposons and endogenous viruses of the Maverick/Polinton family5, 6, 7. Provirophage genes are not constitutively expressed, but are specifically activated by superinfection with CroV, which induces the production of infectious mavirus particles. Virophages can inhibit the replication of mimivirus-like giant viruses and an anti-viral protective effect of provirophages on their hosts has been hypothesized2, 8. We find that provirophage-carrying cells are not directly protected from CroV; however, lysis of these cells releases infectious mavirus particles that are then able to suppress CroV replication and enhance host survival during subsequent rounds of infection. The microbial host–parasite interaction described here involves an altruistic aspect and suggests that giant-virus-induced activation of provirophages might be ecologically relevant in natural protist populations.

原文鏈接：doi:10.1038/nature20593

本期編輯：胚芽鞘 本文來源：生物谷