RNA病毒(如Riboviria)因其独立编码的复制酶而成为病毒发现的主要目标,而类类病毒(如类肝炎D型病毒)和类类病毒卫星则利用真核宿主的RNA聚合酶进行复制,因而它们的基因组小巧,往往在350到1.7 kb之间,代表了生物信息传递的极限。然而,迄今为止,类类病毒和其近似结构在已知生物体中相对稀少,主要分布于植物中。近年来,随着对具有类似核酶特征的环状基因组RNA的筛查,越来越多的类类病毒在植物以外的生物组中被发现。这些研究开启了探索未知RNA分子的窗口,尤其是在人体微生物组中。
工作概述与发现
斯坦福大学的Ivan N. Zheludev团队在《Cell》杂志上发表了一项突破性研究"Viroid-like colonists of human microbiomes (人类微生物群的类病毒殖民者)",揭示了一类新的RNA元素——“Obelisks”,这些元素似乎未曾在已知生物中出现。研究团队开发了专门的生物信息学方法“Viroid Nominator”(VNom),用于在人类整合微生物组项目(iHMP)的数据中筛选未分类的类类病毒RNA。通过分析全球5.4百万条公共测序数据,研究者发现了29,959种独特的Obelisks,这些RNA分子分布于人体及多种生态系统中,包括人类的肠道和口腔微生物组。
“暗影入侵者”Obelisks的生物学特征
结构与基因组特点
Obelisks的RNA基因组大约为1 kb,具有环状和杆状的二级结构。更引人注目的是,这些RNA分子包含一个全新的蛋白超家族编码区,研究者将其命名为“Oblin”。此外,部分Obelisks还携带变异的hammerhead核酶位点,提示其可能具备自剪切功能,类似于一些类病毒的自我复制机制。宿主与生态分布
Obelisks广泛存在于多种生态系统中,但在人体微生物组中的存在尤其引人关注。在研究的人体粪便和口腔微生物组转录组数据中,Obelisks的检测率分别达到了约7%和50%。通过进一步分析,研究者确定了口腔微生物链球菌(Streptococcus sanguinis)是特定Obelisk的宿主,这表明Obelisks在特定细菌中的复制能力。功能与可能的生物学意义
尽管Obelisks能够在宿主链球菌中维持其存在,但实验显示其在丰富的实验室培养条件下并不影响宿主细菌的生长。这提示了Obelisks可能是“冗余”或“可有可无”的遗传因子,然而其在其他环境或宿主内可能具有未解之生物学功能,值得进一步探索。
全球微生物组的“类类病毒”之谜:Obelisks的影响与未来探索
Obelisks的发现不仅为微生物组学开辟了新方向,也提示了类类病毒元素在自然界中的潜在多样性和复杂性。未来的研究将集中于揭示Obelisks在人体微生物组中的确切功能,以及它们是否与人体健康或疾病相关。这项研究开创了基于RNA的微生物组基因发现方法,有望进一步扩大类类病毒和其他未被发现的遗传因子在人体及其他生态系统中的分布图谱。
这篇研究为我们揭示了微生物组中那些一直“隐形”的RNA元素,并为未来微生物组学、病毒学和基因组学的跨学科探索提供了重要的研究思路。