潘多拉病毒，基因世界的“匹諾曹”

《木偶奇遇記》中和藹可親的老木匠皮帕諾和匹諾曹的故事，很多人都非常熟悉。可你知道嗎？在攜帶生命密碼遺傳信息的基因世界里，竟然也有皮帕諾和匹諾曹一樣的“神存在”。日前，法國科學家在研究中新發現的三種潘多拉病毒，可能擅長創造全新的基因，并在病毒龐大的基因組中發現了許多“孤兒基因”。潘多拉病毒的“魔盒”是如何制造新基因的？帶著好奇，記者采訪了研究病毒的科學家。

直徑1微米，病毒界的“大塊頭”

2013年，科學家分別在智利中海岸河流沉積物表層和澳大利亞墨爾本附近一個淡水池塘底部泥漿中發現了兩種全新的巨大病毒。科學家研究發現，它們與其他已知病毒迥然不同，只有6%的基因與地球上其他生物的基因類似，擁有一個完全獨立的基因譜系，其獨特性屬于一個全新的分類。于是，這兩株病毒分別被命名為咸潘多拉病毒和甜潘多拉病毒。

“在病毒世界里，潘多拉病毒可是‘大塊頭’，比目前人類已知的所有病毒都要大得多。”6月24日，南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室劉新奇教授開門見山地對記者說，“這類病毒直徑達到1微米，基因組包含了190萬到250萬堿基對的DNA，體積在病毒界位居第二，基因組規模位居第一。”

劉新奇介紹說，潘多拉病毒寄居在變形蟲體內，形狀和細菌非常相似。此前，人類發現的大多數傳統病毒的直徑在10納米到500納米之間，人類已知的最大病毒“梅格病毒”的大小不過440納米，“潘多拉病毒的遺傳密碼的大小，超過梅格的兩倍。”劉新奇邊說邊比劃道，“目前，科學界仍然不清楚為何這種細胞形態會演變成病毒，有人猜測它們可能是為生存而進行了自我進化；還有一種科學猜測，可能是從寄主那里獲取遺傳信息，從而使它們以不尋常的基因組存活下來。”

擅長創新，制造的基因形單影只

這種體型碩大的病毒會不會威脅人類健康？面對記者疑惑，劉新奇笑著說：“病毒能否攻擊人，得看它與人類親緣關系遠近。人類基因在不斷進化，病毒封存時間越長，與人類關系越遠越無害。雖然這些巨型病毒能攻擊阿米巴變形蟲，但是它對人類健康沒有危險。”

采訪中記者了解到，迄今為止，科學家一共發現了六種潘多拉病毒。這些病毒來源地散布世界各地，相距甚遠，病毒的形態和功能雖然非常相似，但研究發現，每種病毒間的基因組相似程度不高，編碼蛋白質的基因中甚至只有一半相同。“現代生命科學一般認為，地球上所有生物有著共同祖先，大多數基因在各種生物中都有相似度很高的同源基因。”劉新奇解釋說，在潘多拉病毒身上，發現了許多在其他生物中找不到的序、似乎無親無故的基因。“這些基因好比沒有父母的孩子，在DNA世界里形單影只，好比一個個‘孤兒’。”雖然科學家早已在其他生命體中捕捉到了這種“孤兒基因”，但在潘多拉病毒身上，“孤兒基因”特別多，而且相互間也不盡相同。

“這些基因不是從祖先那里繼承來的遺產，而是每種病毒自己的全新發明。”劉新奇認為，這一研究觀點若能得到科學證實，不僅意味著潘多拉病毒特別擅長基因創新，其“創新”機制更有助于解開生物進化中新基因起源之密。

孤兒基因，生命里的“奇跡”

翅膀蛋白控制昆蟲飛行，珊瑚、水母等長有蟄刺細胞，北極鱈魚特別抗凍……科學證實，這些獨特的功能都是由孤兒基因操縱演化而來。以往，生物學家們普遍認為，大多數的基因都可以被劃到幾大家族中，而且每個家族都有著數百萬年的悠久歷史。可自從有了基因測序技術后，科學家們驚奇地發現，每個物種竟然有多達三分之一的基因總是形單影只。1998年，當科學家完成酵母基因組測序后，發現有大約1/3的酵母基因好像找不到同家族的基因，“孤兒基因”從此進入了生命科學家的視野。

每個基因都有可能在不經意間被額外復制，多數復制出來的拷貝很快會消失殆盡，但也有些幸運兒得以和正版基因一起行使職能，更有甚者居然能發展出全新的功能。“基因也好像動物界常見的那樣，隨著一代又一代的繁衍，開枝散葉最終會成一個個大的家族。”劉新奇說道，“雖然有科學家不停地追溯，試圖為更多‘孤兒基因’尋找到‘祖先’。但迄今為止，其研究仍處于起步階段。”

再回首找不到來路，那是因為我們從沒有走過。劉新奇認為，如同匹諾曹由木頭雕琢而成一樣，孤兒基因其實是機緣巧合被自然逐漸雕琢而成的基因，“一旦揭開面紗，將有助于我們人類更好地認識生命，掌握未來。”劉新奇說道。