A novel virus lineage is abundant in metaviromes from Dehalococcoides-containing mixed cultures

地下水や河川の堆積物という、酸素のない暗い深部において、ある特殊な細菌のグループが、人間が作り出した汚染物質を浄化するために絶え間なく働いています。デハロココイデス（Dehalococcoides）として知られるこれらの微小な労働者は、地中に染み込んだ毒性のある塩素系化学物質を消費し、それらを分解して無害なものへと変えています。彼らは汚染された場所を修復するために不可欠な存在ですが、同時に非常に脆弱であり、単独で研究することは困難です。あらゆる生命と同様に、これらの細菌は単なる静止した細胞ではありません。彼らは、細菌の間を移動する隠れた遺伝物質の世界と常に相互作用しています。この移動性の遺伝物質は、細菌が交換したり、借りたり、持ち運んだりできる「指示書のライブラリ」のようなものであり、時には細菌の機能を変化させたり、過酷な環境での生存を助けたりします。これらの細菌の内部や周囲に何が存在しているのかを理解することは極めて重要です。なぜなら、彼らが環境を浄化するために用いる道具は、しばしばこれら微小で流動的な遺伝パッケージの中に隠されているからです。

科学者たちは、デハロココイデスが非常に小さなゲノムを持っているにもかかわらず、驚くほど多くのこうした移動性遺伝物質を保持していることを以前から知っていました。新たな研究では、研究者たちがIME1と名付けた特定の、かつ豊富な一族の要素に焦点が当てられました。デハロココイデスが繁栄しているKB-1として知られる混合培養細菌のサンプルを調査することで、チームは、これらの要素が単なる珍しい好奇の対象ではなく、サンプルのウイルス画分に見られる主要な遺伝物質であることを発見しました。研究者たちは、これら21個の要素（デハロココイデス由来の20個と、関連する細菌であるデハロゲニモナス・アルケニギゲンス（Dehalogenimonas alkenigignens）由来の1個）を分析しました。その結果、これらの要素はそれぞれ20,930から28,058塩基対の範囲に及ぶ、かなりの大きさの遺伝コードの塊であることが分かりました。これらの要素には2つの形態が存在します。ある時は細菌自身のDNAに直接縫い付けられており、またある時はゲノムの外側で円形のループとして自由に浮遊しています。

チームがこれらの要素が作り出すタンパク質を詳しく調べたところ、非常に一貫した構造が見つかりました。21個の要素すべてに、共通の14の関連タンパク質グループが含まれており、これは共有された古代の設計図を示唆していました。しかし、これらの要素は、科学者が通常目にしている典型的なウイルスとは異なります。ほとんどの細菌ウイルスは、頭部と尾部を持つ小さなオタヌキのような形をしていますが、IME1によってコードされるタンパク質には、これら尾部を持つウイルスを定義する特定のマーカーが欠けています。むしろ、遺伝コードは全く異なる形状を示唆しています。研究者たちは、これらの要素に含まれる主要なタンパク質の一つが、糸状細菌ウイルス（細長い、細くて柔軟なウイルス）に見られる特定のエネルギー生成マシンと非常によく似ていることを発見しました。さらに、これらの要素は、細胞膜に突き刺すように設計されたいくつかの小さなタンパク質をコードしており、これは糸状ウイルスや、別のドメインである古細菌に感染する特定のウイルスにも見られる特徴です。

これらの要素が実際に何であるかについての証拠は、遺伝コードではなく、物理的な世界を見ることで得られました。研究者がKB-1培養液のサンプルを採取してウイルス粒子を濾過したところ、これらのIME1要素が最も豊富な遺伝物質であることが判明しました。電子顕微鏡下では、ウイルス画分は長く糸のような粒子の海を露呈しました。この視覚的な確認と遺伝的な手がかりを組み合わせることで、研究者たちは、IME1が完全に新しい系統のウイルスであることを提案しました。彼らは、これらが二本鎖で、出芽するウイルスであり、糸状の形態をとると考えています。この研究は、これらの要素がデハロココイデス細菌およびクロロフェクサ（Chlorofexota）門のいくつかの関連種の中に広く存在していることを裏付けていますが、これらはこの特定の細菌グループに限定されており、他の場所ではまだ発見されていません。この発見は、ウイルス界の理解を広げるものであり、最も特殊な環境においてさえ、自然界が、馴染みのあるモデルとは異なる方法で作動する、独特で豊富な形態のウイルス生命を進化させてきたことを示しています。