两种截然不同的微生物，为何对同一种病毒免疫？

感染微生物

病毒是地球上一类特别而又平常的存在。说它们特别，是因为病毒一方面具有如遗传物质（DNA/RNA）和蛋白质等生命特征，但与此同时又必须依赖别的宿主细胞才能生存。而说它们平常，是因为病毒是地球上数量最多、种类最多的生物实体。

病毒生活在各种各样的栖息地中，仅在海洋里，病毒的数量就是其他微生物的十倍。病毒不仅能感染人类、昆虫等动物，也能感染微生物。虽然科学家并非近年才知道病毒可以感染微生物，但此前他们并不清楚这种感染的流行率。直到最近，科学家才开始了解病毒的多样性及它们在生态系统中的影响和功能。

在一项发表于《自然·微生物学》杂志的新研究中，来自哈佛大学的一组研究人员通过检查感染了深海微生物的病毒，发现病毒与宿主的相互作用，比之前以为的要多样化得多。

相同的免疫力

2021年，这项研究的作者在墨西哥的瓜伊马斯海盆考察时，从深海的海底热液中收集到了微生物垫。这些微生物垫是由大量的细菌和古菌构成的，它们在这些生态系统中占主导地位。虽然细菌和古菌同为微生物，但它们属于非常不同的分类单元，其差异就好比细菌和人的差别一样。

研究人员在海平面以下2000米的瓜伊马斯海盆采集微生物垫的样本。（图/Peter Girguis and E/V Nautilus）

然而，研究人员却惊奇地发现，这两类有着天壤之别的微生物，对同一种病毒具有免疫力。这令研究人员感到困惑，因为古菌和细菌的差异实在太大，被相同的病毒感染的可能性应该非常小。

研究人员发现，海底热液系统中的细菌和古菌存在共生关系，由它们所形成的聚集体，可以利用存在于这些环境中的甲烷的能量。但这并不足以解释这种相同的免疫力，因为无论共生与否，感染机制都应该是非常复杂的，而且会根据宿主的不同而不同。

这引发了研究人员的思考：除了感染之外，病毒与微生物之间是否还可能存在其他的相互作用方式？

自然界中的研究障碍 

Yunha Hwang是这项新研究的第一作者，她曾研究过沙漠环境中的病毒，并观察到自然界中的宿主与病毒之间的相互作用，要比实验室环境中的要微妙得多。

与沙漠土壤相比，深海的海底热液有着更加丰富的微生物，那里蕴藏巨大的微生物垫，有着数十亿处于共生关系中的微生物。那么，在海底热液这样的独特环境中，病毒是否有更广泛的“宿主范围”？换句话说，它们能感染不同的微生物吗？

想要了解病毒在这种微生物密度极高的栖息地中的情况，是非常具有挑战性的。因为99%甚至更多的已知存在于自然界的微生物，都无法在实验室中培养。而大多数关于病毒的研究，都依赖于在实验室中用一种培养物和一种病毒来实现。

近年来，一些科学家试图通过不同的工具将研究扩展到自然界。比如，他们会对海洋或土壤中的微生物进行DNA测序，而不是试图在实验室进行培养。

宿主-病毒的相互作用 

在新研究中，研究人员对从海底热液中采集的微生物垫中的DNA进行了测序，并采用可编码微生物的免疫记忆的CRISPR间隔区，来推断微生物对哪些病毒免疫。然后，他们再用一种名为Hi-C（高通量染色体构象捕获）的新测序技术，来验证他们的推测。

CRISPR间隔区分析和Hi-C数据表明，病毒会与有着非常遥远的亲缘关系的微生物相互作用，特别是那些彼此共生的微生物。这种相互作用带来的一种非常有趣的现象是，共生微生物会带有对抗相同病毒的免疫记忆。这意味着，共生合作的优势也存在于它们的免疫中。

过去，科学家普遍认为，病毒只与一小部分宿主相互作用。新的发现表明，细菌和古菌能以某种方式，与同一种病毒相互作用。这挑战了传统观点的认知。

研究人员提出的一个模型是，免疫力的水平转移导致微生物群落对抗病毒的免疫力提高。（图/BioRender by Yunha Hwang）

基于这些结果，研究人员提出了不同的宿主与病毒的相互作用的模型，这些模型具有超越感染的生态和进化意义。他们认为，在自然界，尤其是在微生物以共生关系存在的地方，病毒与那些并非病毒的主要宿主的微生物之间的相互作用，实际上可能非常普遍。这一发现将有助于更好地理解病毒，以及设计病毒疗法。

创作团队：

编译：糖兽

排版：雯雯

参考来源：

https://phys.org/news/2023-04-microbes-benefit-immunological-memory.html#google_vignette

https://www.nature.com/articles/s41564-023-01347-5

图片来源：

封面图&首图：PublicDomainPictures / Pixabay

来源：原理

2023-05-15

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