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

在地下水和河流沉积物那黑暗、缺氧的深处，一群特殊的细菌正不知疲倦地清理着人类制造的污染。这些被称为“脱卤球菌”（Dehalococcoides）的微型工人，吞噬着渗入土壤的有毒氯化化学物质，将其分解并使其变得无害。它们对于修复受污染的场地至关重要，但同时也非常脆弱，难以进行单独研究。与所有生物一样，这些细菌并非仅仅是静态的细胞；它们不断地与一个在它们之间流动的隐藏遗传物质世界进行着相互作用。这种移动的遗传物质可以被视为一个指令库，细菌可以从中交换、借用或随身携带，有时这会改变它们的运作方式，或帮助它们在恶劣条件下生存。了解这些细菌内部及周围生存着什么至关重要，因为它们用来生存和清理环境的工具，往往就隐藏在这些微小且不断变化的遗传包之中。

长期以来，科学家们一直知道脱卤球菌携带了惊人数量的这类移动遗传物质，尽管它们的基因组非常小。一项新研究现在将目光锁定在了一类特定的、含量丰富的元素上，研究人员将这些元素命名为 IME1。通过对一种被称为 KB-1 的混合细菌培养物（脱卤球菌在此类环境中繁衍生息）进行样本分析，团队发现这些元素并非罕见的奇特存在，而是样本病毒组分中占主导地位的遗传物质形式。研究人员分析了 21 个此类元素，其中 20 个来自脱卤球菌，1 个来自一种相关的细菌——烯烃降解单胞菌（Dehalogenimonas alkenigignens）。他们发现，每一个元素都是一段相当庞大的遗传代码，大小在 20,930 到 28,058 个碱基对之间。这些元素以两种形式存在：有时它们被直接缝合进细菌自身的 DNA 中，有时则作为环状结构游离在主基因组之外。

当团队仔细观察这些元素产生的蛋白质时，他们发现了一种高度一致的结构。这 21 个元素中的每一个都包含了相同的 14 组相关蛋白质，这表明它们拥有一个共享的、古老的蓝图。然而，这些元素看起来并不像科学家所熟悉的典型病毒。大多数细菌病毒呈现出类似带有头部和尾部的微型蝌蚪形状，但 IME1 所编码的蛋白质缺乏定义这些有尾病毒的特定标记。相反，其遗传代码指向了一种完全不同的形状。研究人员发现，这些元素中的一种关键蛋白质与在丝状细菌病毒（一种长而细且具有柔韧性的病毒）中发现的一种特定能量产生机器非常相似。此外，这些元素还编码了数种小型蛋白质，旨在穿透细胞膜，这一特征也出现在丝状病毒以及感染古菌（另一种单细胞生命领域）的某些病毒中。

关于这些元素究竟是什么的证据来自于对物理世界的观察，而非仅仅是遗传代码。当研究人员对 KB-1 培养物进行取样并过滤出病毒颗粒时，他们发现 IME1 元素是其中含量最丰富的遗传物质。在电子显微镜下，病毒组分呈现出一片长丝状颗粒的海洋。这种视觉确认结合遗传线索，促使研究人员提出 IME1 代表了一个全新的病毒谱系。他们将其描述为很可能是双链的、通过出芽方式进行复制的、呈现丝状形态的病毒。虽然这项研究证实了这些元素广泛存在于脱卤球菌以及氯挠菌门（Chlorofexota phylum）中少数相关物种内，但它们似乎仅限于这一特定的细菌群体，尚未在其他地方发现。这一发现扩展了我们对病毒世界的理解，表明即使在最专门化的环境中，自然界也进化出了独特的、丰沛的病毒生命形式，其运作方式与我们熟悉的模型截然不同。