病毒会删除基因以重新获得复制

内布拉斯加大学林肯分校的一项开创性研究表明，一种病毒的遗传损失可以成为其进化的进步。该研究提供了一些迄今为止最清楚的实验证据，即失去基因可以改善进化适应性 - 在这种情况下，通过帮助病毒重新获得复制能力。

内布拉斯加州的Matt Wiebe，Annabel Olson及其同事在从痘苗病毒中删除所谓的B1基因后发现了一个惊喜，该病毒最为人所知的是对抗致命的天花病。因为B1基因指导蛋白质的构建有助于沉默宿主细胞的抗病毒警报并允许牛痘复制自身，删除该基因威胁着牛痘在宿主中的长期存活。

但研究人员继续在实验室中培养多代无B1菌株，然后对其整个遗传密码进行测序，以评估其进化过程。他们发现，在短短几天内，无B1菌株的应答就是删除了一个碱基对 - DNA的一个基本组成部分 - 同时留下了近20万个未受影响的基因组。

看似微不足道的损失相当于该菌株的复制增加了10倍。“我们期待病毒可能适应另一种基因来补偿，”兽医和生物医学科学副教授Wiebe说。“我们发现的是通过灭活另一个基因来调整病毒。就好像，在切断一根电线时，解决问题的最佳方法是切断另一根电线。

“至少在这些病毒中，至少在这些病毒中，我真的没有其他具体的例子。”

几乎同样令人惊讶：损失发生在一个基因B12中，其目的在很大程度上是未知的。事实上，当其他研究人员以前只停用B12基因，使B1和其他所有基因保持完整时，他们发现对痘苗病毒没有影响。

Wiebe和Olson说，研究结果表明，当B1缺席时 - 但只有这时B12实际上有助于通过警告宿主的免疫系统来抑制复制。

“这引起了很多人的困惑，”Wiebe说。

为什么在复制时有基因制动?团队不确定。Wiebe说，也许在某些条件下调节复制的速度或速度是有价值的。或者它可能成为B1基因相当于一个死人的转换，有效地迫使病毒为了物种的生存而保留它。答案可能来自进一步的研究。

但Wiebe表示，通过证明B1至少掩盖了B12潜在功能的一个甚至几个，这项新研究强调了基因相互调控的原因，时间和方式尚不清楚。解开这些网络之间的联系可能需要研究人员继续进行调整。

“许多先前对任何基因组的研究均基于单基因缺失研究或突变，”内布拉斯加病毒学中心成员Wiebe说。“实际上，基因在很多情况下都是团队成员。所以我们可能需要再看看其中一些非必需基因，看看它们是否真正发挥其他关键的调控作用，必须在其中发挥作用。系统中的其他基因。

“我们需要像病毒，酵母和细菌这样的模型系统来发现这些功能性相互作用之间的这些联系。”

研究人员说，由此产​​生的见解应该促进对更复杂生物中细胞动力学的理解。例如，牛痘的B1蛋白与其在多细胞生物体中发现的一组蛋白质共享约40%的遗传结构。以牛痘B1和B12为例的蛋白质关系类型存在于多个生命王国中。

利用这些知识来劫持病毒机器，其中大部分已经发展了数百万年，还可以进一步开发疫苗和治疗方法。

“我认为理解病毒如何教导我们是非常有趣的，”Wiebe说。“例如，如果这种病毒具有激活我们免疫系统的机制，那么我们最终可以用它来抑制其他病毒的生长吗?我们正试图提出这些问题。”

生物科学博士生Wiebe和Olson在PLOS病原体杂志上报道了他们的发现。