什么是生命？

一个非常重要的特征就是能够繁殖。

病毒是生命吗？一直是生物学界争论不休的话题。

来自美国加州大学伯克利分校的研究人员Rohan Sachdeva指出：“核糖体和翻译能力通常是区分病毒和细菌、生命和非生命的主要定义以及重要依据。”

前几期的课程，我们向大家介绍了很多关于病毒的知识，大家已经知道噬菌体通常含有很小的基因组，而且缺少翻译蛋白质所需要的细胞器，因此必须依靠其他的细菌作为宿主进行复制。病毒在繁殖的过程中，首先吸附在宿主细胞表面，然后将自身的基因组注入到受体细胞内，利用受体细胞的能量、原料等复制病毒基因组，再利用受体细胞的核糖体合成病毒所需的蛋白质，组合后裂解并释放到环境中去……

普通噬菌体通常只具有较小的基因组，但近日科学家们在国际顶级学术期刊Nature上发表的最新研究成果Clades of huge phages from across Earth’s ecosystems表明：其新近发现的巨型噬菌体的基因组最大可达735kb(73.5万个碱基对)，其长度是吞噬单细胞细菌的噬菌体的15倍之多，甚至比许多细菌的基因组都要大。尽管这些长长的基因组中很多基因的功能尚不可知，但令人着迷的是，研究人员发现这些巨型噬菌体基因组中，除编码自身蛋白质外壳的遗传物质之外，一些巨型噬菌体中还发现了一些对核糖体翻译起重要作用的蛋白质编码基因；更不可思议的是，部分巨型噬菌体的基因组中还发现了一部分用来编码CRISPR-Cas系统的基因，而CRISPR-Cas正是细菌抵抗噬菌体的免疫系统。

科学家们在巨型噬菌体中发现的这些核糖体相关蛋白质包括能将氨基酸带到核糖体并连接到新的蛋白质中的转运RNA（tRNA）、编码加载和调节tRNAs的蛋白质基因、启动翻译的蛋白质基因、编码核糖体本身的基因。研究人员推测，巨型噬菌体的这些基因很可能是针对宿主细胞的核糖体发生作用的，使受体细胞的核糖体减少对自身蛋白质的翻译，取而代之的是翻译更多的噬菌体蛋白质。还有一些巨型噬菌体因含有一些细菌核糖体无法识别的密码子，因此侵入细菌进行繁殖时，需要这些基因编码出核糖体才能完成后续的翻译工作，合成噬菌体蛋白质。

上图为噬菌体如何改变宿主的翻译系统，从而产生噬菌体蛋白(细菌成分用蓝色表示，噬菌体用红色表示)的过程。没有任何一种巨型噬菌体同时具有所有这些基因，但许多噬菌体具有tRNA和tRNA合成酶。少数基因组中的噬菌体蛋白具有S1结构域。S1结合mRNA，将其带入核糖体的解码位点。噬菌体核糖体蛋白S21可能促进噬菌体mRNA的翻译起始，许多序列具有N-末端延伸，可能参与了RNA结合(核糖体插入物中的蓝色虚线)。翻译过程各步骤中所需要的其他部分蛋白质也是由巨型噬菌体编码的。

还有一些研究表明，部分巨型噬菌体的基因组中还发现用来编码CRISPR-Cas系统的基因。CRISPR-Cas系统，本是发现于细菌或古细菌体内用来沉默外来核酸以防御病毒和质粒侵入的防御机制。而在巨型噬菌体基因组中发现的CRISPR系统编码基因，在巨型噬菌体侵染细菌后，可能会改变细菌的CRISPR-CAS系统，进而借力打力利用细菌的CRISPR-Cas系统攻击其他病毒的侵入，从而减少其他病毒的竞争。此外，巨型噬菌体编码的CRISPR-Cas系统还能够阻止细菌的转录和翻译，使宿主细胞内的遗传信息的流动集中于噬菌体的蛋白合成。 

一个巨型噬菌体(红色，左侧)和正常的噬菌体感染同一个细菌细胞。这个红色的巨型噬菌体将它的DNA注入宿主细胞，Cas蛋白质——通常只在细菌和古菌中发现的CRISPR免疫系统的一部分——操纵宿主细胞对其他病毒的反应。

科研人员最近的研究发现使得病毒与细菌细胞之间的差距逐渐缩小，生命与非生命的边界也愈加模糊，而后我们又回到了最初的问题：病毒是生命吗？生命与非生命的边界在哪里？

Reference：

Basem AlShayeb, Rohan Sachdeva , LinXing Chen，ect. Clades of huge phage from across Earth's ecosystems. Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2007-4.

全文链接：https://www.researchgate.net/publication/331654968