细胞核起源于病毒？( 二 ) 细胞中

【细胞核起源于病毒？】彼时还是名古屋大学研究助理的武村政春（MasaharuTakemura），在DNA聚合酶（细胞用来复制DNA的酶）的生化研究中，对它们的演化过程产生了兴趣。 “我对真核生物、细菌、古细菌和病毒的DNA聚合酶进行了演化系统发生分析， ”现为东京理科大学分子生物学和病毒学家的武村在一封电子邮件中回忆道。他的分析表明，有一类病毒（痘病毒）的DNA聚合酶与真核生物中一种主要的聚合酶惊人地相似。他推测，这种真核生物的酶或许起源于某种古老的痘病毒。

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显微镜下一只感染了水母病毒的变形虫发出的荧光。病毒DNA（粉红色）与变形虫的DNA（蓝色）处于分离状态。（来源：武村政春）
武村已经知道痘病毒会在它们所感染的细胞内创建一个隔室，并在其中制造和复制病毒。这些事实合起来让他建立一种理论：真核细胞的细胞核产生于这些原始的痘病毒隔室。 2001年5月，他在《分子进化杂志》上发表了该理论。
与此同时，在澳大利亚，贝尔也因为不同的原因得出了类似的结论。 20世纪90年代初，还是研究生的他对细胞核的起源理论产生了兴趣，尤其是那些认为细胞核和线粒体一样，可能是从内共生体演化而来的想法。 “看了五分钟，我就说， ‘天啊，如果是内共生体，那就不是细菌性的内共生体’ ， ”他回忆说。他觉得，细菌和真核生物基因组之间有太多的不同，比如真核生物的染色体是线性的，而细菌的染色体往往是圆形的。
但当他研究病毒基因组时，他发现痘病毒和真核生物的基因组结构之间有着惊人的相似之处。 “我花了9年时间才发表了第一版模型， ”他指出。然后他反反复复花了18个月的时间，才在《分子进化杂志》上发表了论文......不过比武村论文发表晚了4期。
近20年后的今天，武村和贝尔都独立地更新了他们的假说。武村的修改版本于2020年9月3日在线发表于《微生物学前沿》，贝尔的则于2020年9月20日发表于《病毒研究》。 “他又抢在了我前面， ”贝尔笑着说。
两位科学家都引用了近来发现的一种非同寻常的“巨病毒” ，这是他们修正论文的主要原因之一。当武村和贝尔发表他们最初的假说时，这些病毒还没被发现。它们的基因组有超过一百万个碱基对，在大小上可与那些自主生长的小型细菌相匹敌，而且它们携带了一些基因，可以编码参与细胞基本过程的蛋白。（有一些证据表明，真核细胞中的上述蛋白来自这些病毒。）
但最重要的是，这些巨病毒在宿主细胞的细胞质中复杂的、自建的隔室内进行复制，这就是为什么这些病毒和痘病毒一样，被归类为核质巨DNA病毒（NCLDVs）。巴黎巴斯德研究所的进化生物学家帕特里克·福特雷（PatrickForterre）认为，对于这些巨病毒来说，它们制造的隔室是“与真核细胞核一样大的病毒工厂” 。更令人惊讶的是， NCLDVs制造出的感染真核细胞的病毒工厂也有像细胞核一样的内膜和外膜。福特雷、武村和贝尔均认为巨病毒就是细胞核的起源。
根据福特雷的说法，巨病毒演化成细胞核有两种可能的方式。 “要么是病毒工厂变成了细胞核，要么是原真核细胞......借鉴病毒的做法，把自己变成病毒工厂以保护染色体， ”他说。
武村认为后者的可能性更大：病毒更可能是无意间为细胞核的产生作出了贡献，它既刺激了古细菌建设屏障保护遗传物质，又是构建屏障所需的一些基因的来源。