巨型病毒中發現類CRISPR系統意味著什麼？

01-13

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature17146.html
http://www.nature.com/news/crispr-like-immune-system-discovered-in-giant-virus-1.19462

第一次聽說原來還有virophage，非常有意思的發現。

1.2003年，法國艾克斯馬賽大學的Didier
Raoult和Bernard La Scola在變性蟲中存在奇怪的團塊，後來發現是一種典型的巨型病毒，比常見的病毒大了4倍左右。這些病毒似乎可以模仿細菌，因而被稱為mimiviruses（擬菌病毒）。而這已與傳統定義上的生物分類學產生了爭議，
Raoult認為擬菌病毒並不是一種典型的病毒，它更像一種原核生物——缺乏細胞核的微生物，這種巨型病毒可能代表了分類學的一個新分支，與細菌，古細菌和真核生物並列。
目前已經發現了150種不同類型的mimivirus。

2. 擬菌病毒大道可以在光學顯微鏡下都可以看到(大約400nm直徑，一般的病毒直徑不會超過200nm)。人們是在空調系統冷卻水管道里的阿米巴變性蟲體內發現了它們。其基因組大於一些細菌的基因組，與天花等病毒的親緣關係遙遠，且不同於大多數病毒的是，它們擁有生成氨基酸的基因，DNA鹼基和複雜的蛋白質。作為傳統理解下的」病毒是寄人籬下，沒有獨自生活能力的」，那麼擬菌病毒要這麼多基因做甚？因此此類菌模糊了病毒與細菌之間的界限。

3. 與原核生物一樣，擬菌病毒也受到噬病毒體（virophage）的困擾。噬病毒體和噬菌體都屬於病毒，只不過一個是侵染病毒，一個是侵染細菌。其中一種叫做zaminlon的噬病毒體可以感染某些類型的擬菌病毒。這些感染會削弱擬菌病毒複製自身的能力，引發了擬菌病毒體內產生了類似於CRSPR的防禦系統，命名為MIMIVIRE。我們都知道，細菌對付天敵噬菌體使用的殺手鐧就是CRISPR，那麼MIMIVIRE可能就是噬病毒體的殺手鐧。擁有這樣的免疫系統的意味著它們必須與其他的微生物和病毒競爭資源（它們自己可能被更小的病毒攻擊，這就與其他的病毒不同），也就是說，MIMIVIRE就是擬菌病毒的免疫系統，也為什麼需要如此巨大的基因組的原因。但是目前也只是發現小型病毒只可以侵入某些類型的mimiviruses。而這些mimivirusess病毒可能就像細菌的免疫系統，將侵入者的少量DNA整合到自己的遺傳物質中，如果同一病毒試圖再次侵入，宿主mimiviruses病毒就能識別出該攻擊者，並清除它。（CRISPR：在細菌和古細菌中，CRISPR系統儲存了一個與噬菌體DNA和其他入侵DNA相匹配的短DNA序列的文庫。當文庫中的序列相匹配的外源DNA序列攻擊細胞時，特化的」cas」酶會解開入侵的DNA，將其切成碎片，阻止感染。）

4.擬菌病毒的祖先有可能是從別的微生物物種那裡獲得了MIMIVIRE，而與MIMIVIRE免疫相關的機制目前還未清楚，預計會與CRISPR有很大的不同，所以激起了科學家的極大興趣。CRISPR帶來的生命科學革命性力量，目前已經無法估量。所以mimivirus極有可能顛覆我們的基本生物學常識，也可能建立新的生物學認知，有可能實現一些新的革命性的應用（比如類似於CRISPER不同原理的基因編輯技術）。

5.從討論病毒的起源問題變成了病毒是不是「活著的生物」。一般認為病毒存在兩重性，一是細胞內形式，一是細胞外形式。存在於細胞外環境時，則不顯複製活性，但保持感染活性，是病毒體或病毒顆粒形式。進入細胞內則解體釋放出核酸分子（DNA或RNA），借細胞內環境的條件以獨特的生命活動體系進行複製，是為核酸分子形式。

謝邀(? ??_??)?

天哪嚕，我只是一個剛剛開始學分子的大二學生，被邀請真是受寵若驚... ...

來都來了，強答一發好了。如果有什麼不對的地方歡迎指正。在我上中學的時候，一直被一個問題困擾：病毒既然只是蛋白質和核酸兩種生物大分子的組合，結構如此簡單，進化地位應該比細胞低等，也就意味著比細胞先出現。但是它又只能依賴活細胞生存，這就成了一個悖論啊！直到後來看到了一本書叫How Pathogenic Viruses Work，才恍然大悟。書中說到病毒的起源問題，是這樣解釋的：

... ...我個人的觀點認為，病毒的出現是由於大自然的忙亂所致。
在進化的過程中，任何一種生物的遺傳密碼都有可能發生突變，按適者生存的法則，某些突變體可以生存下去。遺傳密碼的突變可能每一次僅導致一個或幾個字母的變化，但由於進化過程悠久而漫長，為了加快這一過程，大自然決定讓染色體上的一個遺傳信息的「短句」向另一個染色體轉移，而這種「跳躍基因」的出現，使得一些完整的功能遺傳單位組合產生一些具有多功能的蛋白分子，或者導致不同基因中的不同部位發生同步剪接而形成具有新功能的蛋白分子。... ...

這種基因轉移大大地加快了進化的進程，但也為創造各種病毒提供了一種可能的機制。當轉座現象發生時，遺傳信息結構便不再依附於染色體而自由存在於細胞中。既然病毒僅僅是由一個保護性外殼包裹的一段RNA或DNA，那麼一些遊離的細胞遺傳信息就能夠被某些病毒用來構建其基因組。當然從這個意義上說，任何能夠導致遺傳信息在細胞內遊離存在的機制都可能產生病毒，但由於病毒的複製需要多種病毒基因的綜合功能，所以需要轉座作用將有用的基因轉移到一個染色體上能夠彼此相鄰的位置，以便某一可能的病毒將其收集為一個遺傳功能單位。基於這些認識，我認為更合理的情況是加速進化進程的跳躍基因為病毒的構建提供了所需的原材料，因此病毒事實上是基因快速進化的一種必然結果。

所以可以理解為病毒是其他細胞生物進化的「副產品」，而非生命的最初級形式。

這些巨型病毒之所以會被噬病毒體攻擊，我的猜想是巨型病毒基因組來源於一種細菌，而這段DNA恰好含有編碼該細菌表面蛋白的序列，於是...噬菌體就來了... ...經過漫長的共同進化，噬菌體就變成了噬病毒體。

同樣的道理，那段DNA里也含有與原細菌CRISPR系統相關的信息，後來演化了一下，就變成了MIMIVIRE，也就是巨型病毒的「免疫系統」。問題鏈接原文中還說道：

CRISPR systems store a library of short DNA sequences that match those of phages and other invading DNA. When a foreign DNA sequence with matching sequences in this library attacks a cell, specialized 『Cas』 enzymes unwind the intruder DNA and chop it into pieces, stopping an infection.

... ...Mimiviruses that were resistant to Zamilon also harboured a short stretch of DNA that matched that of the phage. Adjacent to these sequences, Raoult』s team found genes encoding enzymes that can degrade and unwind DNA. In CRISPR immunity, too, the genes encoding the Cas enzymes sit beside the sequences that recognize the virus. Blocking activity of different components of the system made the mimiviruses susceptible to Zamilon virophage attack.

可見這個系統與原細菌的有相似的免疫機制，即都可以將攻擊者的少量DNA整合到自己的遺傳物質中，從而「記住」它，並在下次攻擊中加以識別並做出反應，將入侵者的DNA降解掉。巧合的是，二者中編碼降解外源DNA酶的基因與基因組中儲存的少量外來DNA都是相鄰的，在我看來，這已經是一個很明顯的信號，表明巨型病毒基因組的確來源於原有細菌遊離出來的一段基因。

樓上還有回答說巨型病毒可以自己合成氨基酸，那說明它運氣好，一下子包進去了好多好多連在一起的雜七雜八的基因咯，所以這麼全能(?? . ??)

So，這個發現可以說為上述病毒的起源假說提供了一個更有力的證據。

暫時就想到這麼多，以後有新的idea了來續更(? ??_??)?

又多了一個能發文章的點

第一次受到邀請，感到非常榮幸。對於這個問題，我也不是很懂，於是查了一下。我的研究方向是真菌，更細一點是絲狀真菌和酵母單細胞，所以確實對病毒不太了解，不過看到這些噬病毒體的發現，又感到對微生物的驚嘆與敬畏。巨型病毒具有免疫系統，只能說等待我們去發現的還有更多，也很尊重發現這些微觀世界奇妙結構的科學家們，他們有一顆真正的科研心，和嚴謹的科研素養，值得我們去學習。

只能簡單的說CRISPR是普遍存在於原核生物中的一種獲得性免疫系統

謝邀，找了師兄討論了一下，個人觀點，供參考，初次回答，輕噴！crispr系統最初主要是在細菌和古細菌中發現，其用以抵禦外源DNA的入侵，研究人員在巨型病毒中也發現了類似於古細菌和細菌的防禦系統，我個人認為對我們有兩點啟示和思考：一是研究人員用基因組學分析及表型實驗，論證了巨型病毒通過類似於crispr系統防禦噬菌體侵襲，但此巨型病毒是何免疫機制，與crispr是否有不同的地方，此系統是否也能像crispr系統一樣用於基因編輯等一系列問題還有待進一步解答；二是關於文章推測的巨型病毒是新的生命體分支，個人覺得還需要有大量的研究去論證。

謝邀，但我是彈棉花的，不懂這種問題==