东方时讯网病毒是地球上数量最多、种类最多的生物实体，生活在各种类型的栖息地中。仅在海洋中，病毒的数量就比微生物多十倍。
病毒通过感染活生物体进行复制，从人类和动物到昆虫，甚至微生物。虽然感染微生物的环境病毒不是最近的发现，但它们的流行程度以前并不为人所知。研究人员现在才开始了解病毒的多样性及其在生态系统中的影响和功能。
发表在《自然微生物学》(NatureMicrobiology)上的一项新研究检查了感染深海微生物的病毒，并发现了病毒与比以前认为的更多样化的宿主相互作用的证据。该研究的发现可能有助于更好地了解病毒和设计病毒疗法。
主要作者博士生物和进化生物学系的候选人YunhaHwang和资深作者PeterGirguis教授在2021年墨西哥瓜伊马斯盆地探险期间从深海热液喷口微生物垫中收集了样本。这些微生物垫由大量细菌和古细菌组成，这些微生物在这些生态系统中占主导地位。两者都是微生物，但细菌和古细菌是非常不同的分类群;就像细菌与人一样彼此不同。
尽管天壤之别，但许多古细菌和细菌通过共生关系生存。在热液喷口，细菌和古细菌形成团块，可以从这些环境中发现的甲烷中获取能量。虽然这种关系是生存所必需的，但它并没有改变这两个谱系在生物学上非常不同的事实。这让Hwang和Girguis更加惊讶地发现细菌和古细菌都对相同的病毒具有免疫力。
“当我们看到结果时感到困惑，”Hwang说，“因为无论它们是否共生，感染机制都被认为是非常复杂和宿主特异性的。如果古细菌和细菌如此不同，一种病毒怎么可能感染两者?”这个问题促使研究人员思考病毒与感染以外的微生物相互作用的所有不同方式。
大多数关于病毒的工作都是在实验室里用一种培养物和一种病毒完成的。研究最近才开始扩展到自然环境，这需要使用不同的工具，因为微生物不容易在实验室中培养。
“我们知道，大约百分之九十九或更多的微生物存在于我们无法在实验室中培养的自然界中，”Hwang说，“现在我们能够对微生物DNA进行测序，而无需培养海洋或土壤中的微生物。有了这个，我们可以问，‘那里有什么病毒，它们之间有什么相互作用?’”
提议的模型之一，其中免疫力的水平转移导致社区范围内对病毒的抵御能力增强。图片来源：YunhaHwang使用BioRender创建的图像
在加入Girguis的实验室之前，Hwang研究了沙漠环境中的病毒，并观察到宿主与病毒在自然界中的相互作用比在实验室环境中要微妙得多。与沙漠土壤不同的是，深海喷口孕育着大型微生物垫，其中有数十亿微生物存在共生关系。在观察这些独特的环境时，研究人员提出疑问，如果微生物以如此高的密度生存，是否存在具有更广泛“宿主范围”的病毒?换句话说，它们是否能够感染不同的微生物?
他们对样本中的DNA进行了测序，并恢复了微生物和病毒的宏基因组组装基因组。他们使用CRISPR间隔子(编码微生物的免疫记忆)来推断微生物对样本中的哪些病毒具有免疫力。
为了证实他们的发现，他们采用了一种称为Hi-C(高通量染色体构象捕获)测序的新技术。如果在细胞内发现病毒DNA，Hi-C技术可以对交联的病毒和宿主DNA进行测序。发现病毒DNA和微生物DNA之间具有统计学意义的联系，研究人员可以证实他们的发现，即病毒DNA不仅存在于一种类型的细胞中，而且还存在于系统发育上距离较远的细胞中。
“CRISPR间隔子分析和Hi-C数据显示了一种惊人的模式，即病毒在基因组上与关系非常远的微生物相互作用，特别是那些相互共生的微生物，”Hwang说，“这种相互作用导致了一个非常有趣的现象，其中共生微生物携带针对相同病毒的免疫记忆，这意味着共生伙伴协作具有优势，这种优势也存在于它们的免疫力中。我们已经在细菌种群中看到了这一点，但我们还没有在远缘相关物种中看到它。这是这是一个令人心酸的发现，因为它揭示了自然环境之间的相互联系。”
Girguis说：“Yunha非常聪明地设计了一个利用通风微生物垫的实验，以更好地了解病毒在微生物密度极高的栖息地中的作用，”她在寻找病毒基因组模式方面也非常周到。古生菌和细菌。CRISPR间隔区和Hi-C数据向我们表明，细菌以某种方式与与古生菌相同的病毒相互作用，而古生菌是完全野生的。”
该研究挑战了病毒与一小部分宿主相互作用的传统观点。虽然研究人员仍在收集单一病毒感染这两种截然不同的宿主的直接证据，但数据清楚地表明细菌和古生菌都对同一种病毒具有免疫力。
这些结果促使Hwang和Girguis提出了不同的宿主-病毒相互作用模型，这些模型具有超越感染的生态和进化意义。他们表明，病毒与不是病毒主要宿主的微生物的相互作用实际上可能在自然界中普遍存在，特别是在微生物存在共生关系的情况下。同一种病毒不太可能同时感染细菌和古细菌，”Hwang说。“相反，我们建议，要么一个伙伴在非感染性接触病毒后获得并保留免疫力，和/或免疫力在共生伙伴之间水平转移。”
自然环境中宿主-病毒相互作用的多价性，以及感染以外的多种相互作用模式，在研究人员转向将病毒用于生物技术和医学应用(例如在肠道等自然环境中进行病毒治疗)时，提出了重要的考虑因素。
“自然环境中的这些宿主-病毒相互作用表明免疫力可以跨越较大的系统发育距离，从而导致种群间一起建立更大的病毒恢复力，”Hwang说。