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茨城县牛沼市发现新型巨型病毒“牛久病毒”
～一种具有独特衣壳结构的新病毒，可扩大宿主细胞，是解开真核进化之谜的关键～
hjc888黄金城中国官方网站国立自然科学研究院生命创造研究中心国立生理科学研究所
研究总结及要点
- 在茨城县牛沼市发现了一种新的巨型病毒“牛久病毒”。
- 乌西库病毒的衣壳表面具有独特的帽结构，这会导致宿主阿米巴变形虫在感染后增大到其大小的两倍左右。
- 近年来，“细胞核病毒起源学说”备受关注，该学说认为真核细胞（具有细胞核的生物体）的细胞核是由巨型病毒的祖先感染真核生物的祖先原核生物并与之共存而形成的。
- 这一发现可以为解开这个谜团提供线索，并有望有助于阐明包括人类在内的真核生物的进化。
研究概述
hjc888黄金城中国官方网站神乐坂校区文学院 Masaharu Takemura 教授、东京大学理学院研究生院科学教育系 Bae Ji-wan 教授（第一年硕士课程，2025 年）、Narumi Hatori（第二年硕士课程，2025 年）、来自 ExCELLS/国立生命科学研究所的 Raymond日本国立自然科学研究所生理科学部由项目助理教授 Burton-Smith 和项目教授 Kazuyoshi Murata 领导的研究小组在茨城县牛沼市发现了一种新的巨型病毒（*1）“牛久病毒”（图 1）。基因组分析显示，这种病毒与竹村教授及其同事于2019年发现的水母病毒有关。
然而，牛病毒具有水母病毒中未发现的多种特征，包括衣壳表面具有帽状结构的独特刺突，以及导致宿主真变形虫细胞增大的特定细胞病变效应（CPE，*2）。
此外，虽然Ushikuvirus与包括Medusavirus在内的一大类病毒“Mamonoviridae”有亲缘关系，但它也表现出进化差异，例如拥有不同的宿主。
乳腺病毒科是一种巨型病毒，它深深参与了包括人类在内的真核生物（具有细胞核的生物体）的进化，这种可能性越来越大。这一发现是揭开其进化和谱系之谜的重要第一步，预计将极大地有助于我们了解被称为巨型病毒的神秘病毒群以及真核生物的进化。
该研究成果发表在美国微生物学会2025年11月24日出版的国际学术期刊上在线发表于“Journal of Virology”
研究背景
马单病毒科病毒是一组巨型病毒，于2019年由国立自然科学研究所竹村教授和村田特聘教授首次在北海道定山溪温泉的热水池中发现，并被命名为“美杜莎病毒”(参考文献①、参考视频①）。目前已知有两类水母病毒以棘阿米巴为宿主，它们是一大类表现出极其独特特征的病毒：它们拥有与真核生物相似的全套组蛋白基因，并利用宿主的细胞核作为病毒工厂。
2021 年，法国发现了一种名为 Clandestinovirus 的巨型病毒，它与马单病毒科密切相关。隐秘病毒与水母病毒一样，拥有全套组蛋白基因，并在宿主细胞核中复制，但主要区别在于宿主是维鲁马阿米巴 (Verumamoeba) (*3) 而不是棘阿米巴 (Acanthamoeba)。
乳腺病毒科被认为是密切参与真核生物进化的巨型病毒之一，但其系统发育位置、与宿主的相互作用以及进化过程的许多方面仍然未知。为了澄清这些发现，有必要分离和发现更密切相关的病毒。
研究结果详情
本研究中分离出的牛病毒不仅与隐秘病毒（Clandestinovirus）的关系比同属于马单病毒科（Mamonoviridae）的美杜莎病毒（Medusavirus）更密切，而且在衣壳（*4）的表面结构及其对宿主的影响等多个方面表现出新颖性。主要特点有以下三点。
- 它的感染周期比美杜莎病毒或秘密病毒更长，并且表现出特定的细胞病变效应 (CPE)，导致宿主阿米巴细胞增大约两倍（图 2）。
- 衣壳表面的衣壳蛋白顶部存在多种“帽”结构，其中一些具有纤维结构（图3）。
- 复制过程中，细胞内形成病毒工厂，宿主细胞的核膜被破坏（图4）。
以前从未在水母病毒或秘密病毒中观察到这些特征，并且被认为反映了每种巨型病毒所遵循的不同进化过程。
此外，研究表明牛病毒的基因组长度至少为652,555个碱基对，包含784个基因。它的大小与秘密病毒大致相同，比美杜莎病毒大约 17 倍。基因58'是一个孤儿基因，在已知数据库中没有相关序列，而基因25'与包括巨型病毒在内的组中的其他病毒相似（核细胞病毒门，*5）。
还提出衣壳表面的纤维结构可能含有糖链。如果这与 Verumamoeba 感染有关，它将为研究表面糖链介导的病毒与宿主相互作用提供新知识，这一点已在另一大类病毒马赛病毒科中得到报道。
综上所述，这种新病毒被认为对于阐明病毒与宿主的相互作用以及研究乳腺病毒科和相关病毒的进化和系统发育具有极其重要的关键作用。
2001年，研究团队成员竹村教授在世界上第一个提出“细胞核病毒起源学说”，认为“大型DNA病毒的祖先与原核生物（真核生物的祖先）感染并共存，形成了真核生物的细胞核。”随着2003年巨型病毒的发现，这一假说引起了人们的关注，2019年，马单病毒科的一员美杜莎病毒被发现，它有很多特征支持这一假说。参考文献②）。之后，我们继续对马单病毒科及相关病毒进行研究，最终发现了与美杜莎病毒宿主不同的牛病毒。目前，与马单病毒科有关的其他几种病毒虽然尚未发表，但已得到证实，竹村教授说：“通过对这些巨型病毒的研究，我想了解真核生物的起源和进化之谜。”
通过阐明最近发现的牛久病毒的进化和系统发育背景，预计它不仅会加深我们对神秘巨型病毒群的认识，而且将为探索真核生物的进化做出重大贡献。
*这项研究得到了日本学术振兴会 (JSPS) 科学研究补助金 (20H03078) 和国立自然科学研究所 (ExCELLS) 合作研究（项目编号：22EXC601-4）的支持。
术语
＊1巨型病毒没有严格的定义，但它是大到足以用光学显微镜观察到的病毒的总称。在分类学上，它通常指核细胞病毒门（参见*5）、巨型病毒类中包含的病毒。基因组长度也比普通病毒大；例如，甲型流感病毒有8个基因，而巨型病毒Mimivirus约有1000个基因，潘多拉病毒有2000多个基因。
＊2 细胞病变效应（CPE）病毒感染（入侵）细胞时宿主细胞发生的形态变化。 CPE 也被认为是细胞裂解和死亡的原因。
＊3 棘阿米巴、维鲁马阿米巴一种单细胞真核生物（阿米巴原虫），承载着迄今为止发现的许多巨型病毒。棘阿米巴属于变形虫门、圆盘纲，而维鲁阿米巴属于管虫亚纲、变形虫门。
＊4衣壳病毒基因组周围的蛋白质外壳。由许多衣壳蛋白组成。每种病毒都有多种形状，例如二十面体和螺旋形状。当病毒进入细胞时，它会被细胞或病毒自身的酶清除。
＊5核细胞病毒门巨型病毒的分类名称。它属于 Validnavirus 和 Bamfordvirus 界，这是一组双链 DNA 病毒。
参考文献
- 参考文献①
- 美杜莎病毒，一种从温泉水中发现的新型大型 DNA 病毒，病毒学杂志， 93, 8, 2019.
- 参考视频 ① (Youtube)
- 一种将阿米巴原虫变成石头的巨型病毒的奇迹
- 参考文献②
- 原真核细胞中的水母病毒祖先：更新细胞核病毒起源的假设，微生物学前沿，11, 2020.
论文信息
杂志名称
病毒学杂志
论文标题
一种新分离的巨型病毒 ushikuvirus，与秘密病毒密切相关，并显示出独特的衣壳表面结构和宿主细胞相互作用
作者
Jiwan Bae、Narumi Hatori、Raymond N Burton-Smith、Kazuyoshi Murata、Masaharu Takemura
DOI
演示者
- 竹村雅治
- hjc888黄金城中国官方网站文学院神乐坂校区文学院
- 裴志完
- hjc888黄金城中国官方网站研究生院科学教育硕士一年级课程
- 羽鸟鸣海
- hjc888黄金城中国官方网站研究生院理科教育系硕士第二年课程
- 雷蒙德·伯顿·史密斯
- 美国国立自然科学院生命创造研究中心 (ExCELLS) 项目助理教授
- 村田一义
- 美国国立自然科学研究所生命创造研究中心 (ExCELLS) 特聘教授