潘多拉病毒，基因世界的“匹诺曹”

《木偶奇遇记》中和蔼可亲的老木匠皮帕诺和匹诺曹的故事，很多人都非常熟悉。可你知道吗？在携带生命密码遗传信息的基因世界里，竟然也有皮帕诺和匹诺曹一样的“神存在”。日前，法国科学家在研究中新发现的三种潘多拉病毒，可能擅长创造全新的基因，并在病毒庞大的基因组中发现了许多“孤儿基因”。潘多拉病毒的“魔盒”是如何制造新基因的？带着好奇，记者采访了研究病毒的科学家。

直径1微米，病毒界的“大块头”

2013年，科学家分别在智利中海岸河流沉积物表层和澳大利亚墨尔本附近一个淡水池塘底部泥浆中发现了两种全新的巨大病毒。科学家研究发现，它们与其他已知病毒迥然不同，只有6%的基因与地球上其他生物的基因类似，拥有一个完全独立的基因谱系，其独特性属于一个全新的分类。于是，这两株病毒分别被命名为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‘大块头’，比目前人类已知的所有病毒都要大得多。”6月24日，南开大学药物化学生物学国家重点实验室刘新奇教授开门见山地对科技日报记者说，“这类病毒直径达到1微米，基因组包含了190万到250万碱基对的DNA，体积在病毒界位居第二，基因组规模位居第一。”

刘新奇介绍说，潘多拉病毒寄居在变形虫体内，形状和细菌非常相似。此前，人类发现的大多数传统病毒的直径在10纳米到500纳米之间，人类已知的最大病毒“梅格病毒”的大小不过440纳米，“潘多拉病毒的遗传密码的大小，超过梅格的两倍。”刘新奇边说边比划道，“目前，科学界仍然不清楚为何这种细胞形态会演变成病毒，有人猜测它们可能是为生存而进行了自我进化；还有一种科学猜测，可能是从寄主那里获取遗传信息，从而使它们以不寻常的基因组存活下来。”

擅长创新，制造的基因形单影只

这种体型硕大的病毒会不会威胁人类健康？面对记者疑惑，刘新奇笑着说：“病毒能否攻击人，得看它与人类亲缘关系远近。人类基因在不断进化，病毒封存时间越长，与人类关系越远越无害。虽然这些巨型病毒能攻击阿米巴变形虫，但是它对人类健康没有危险。”

采访中记者了解到，迄今为止，科学家一共发现了六种潘多拉病毒。这些病毒来源地散布世界各地，相距甚远，病毒的形态和功能虽然非常相似，但研究发现，每种病毒间的基因组相似程度不高，编码蛋白质的基因中甚至只有一半相同。“现代生命科学一般认为，地球上所有生物有着共同祖先，大多数基因在各种生物中都有相似度很高的同源基因。”刘新奇解释说，在潘多拉病毒身上，发现了许多在其他生物中找不到的序、似乎无亲无故的基因。“这些基因好比没有父母的孩子，在DNA世界里形单影只，好比一个个‘孤儿’。”虽然科学家早已在其他生命体中捕捉到了这种“孤儿基因”，但在潘多拉病毒身上，“孤儿基因”特别多，而且相互间也不尽相同。

“这些基因不是从祖先那里继承来的遗产，而是每种病毒自己的全新发明。”刘新奇认为，这一研究观点若能得到科学证实，不仅意味着潘多拉病毒特别擅长基因创新，其“创新”机制更有助于解开生物进化中新基因起源之密。

孤儿基因，生命里的“奇迹”

翅膀蛋白控制昆虫飞行，珊瑚、水母等长有蛰刺细胞，北极鳕鱼特别抗冻……科学证实，这些独特的功能都是由孤儿基因操纵演化而来。以往，生物学家们普遍认为，大多数的基因都可以被划到几大家族中，而且每个家族都有着数百万年的悠久历史。可自从有了基因测序技术后，科学家们惊奇地发现，每个物种竟然有多达三分之一的基因总是形单影只。1998年，当科学家完成酵母基因组测序后，发现有大约1/3的酵母基因好像找不到同家族的基因，“孤儿基因”从此进入了生命科学家的视野。

每个基因都有可能在不经意间被额外复制，多数复制出来的拷贝很快会消失殆尽，但也有些幸运儿得以和正版基因一起行使职能，更有甚者居然能发展出全新的功能。“基因也好像动物界常见的那样，随着一代又一代的繁衍，开枝散叶最终会成一个个大的家族。”刘新奇说道，“虽然有科学家不停地追溯，试图为更多‘孤儿基因’寻找到‘祖先’。但迄今为止，其研究仍处于起步阶段。”

再回首找不到来路，那是因为我们从没有走过。刘新奇认为，如同匹诺曹由木头雕琢而成一样，孤儿基因其实是机缘巧合被自然逐渐雕琢而成的基因，“一旦揭开面纱，将有助于我们人类更好地认识生命，掌握未来。”刘新奇说道。