将活细胞与病毒进行比较有点像将西斯廷教堂与后院狗屋进行比较。由于缺乏复杂的活细胞机制，病毒代表了生物学的极端程度。他们是生物世界的真正极简主义者。

然而，病毒学领域充满了关于这些建筑上简单但神秘的实体的未解答的问题。在新的研究中，亚利桑那州立大学的分子病毒学家Arvind Varsani加入了一个着名的国际团队，探索一类特定的病毒，找出遗传片段，揭示病毒进化的复杂性。

这项新研究探讨了环状Rep编码单链(CRESS)DNA病毒的进化动力学。研究结果表明，这一类广泛的单链DNA病毒感染了生命的所有三个细胞领域，它们通过复杂的进化过程获得了它们的遗传成分，这些进化过程无法追溯到单一的祖先事件。相反，病毒是强迫性借款者，从许多来源获取遗传物质，包括细菌，古细菌和真核细胞以及称为质粒的环状寄生复制子和其他移动遗传元件，如转座子。

当一组移动元素 - 如CRESS DNA病毒 - 来自不止一个共同的进化祖先或祖先群体时，它们被称为多系统。这种现象在病毒世界中很常见，为研究人员带来了挑战和机遇，因为在强大的新技术的帮助下，重新考虑了这个巨大领域的定义，分类和进化轨迹。

更好地理解不同病毒和细胞衍生的遗传片段之间混杂遗传信息的共享可能有一天会改善控制这些寄生实体的努力，其中一些寄生实体对人类健康和作物产量具有破坏性影响。

这些探索也有可能为地球最早的生命起源提供新的视角，并解决了基于细胞的生命如何与地球上惊人的病毒阵列(被称为病毒体)并存的问题。

“在过去的十年中，我们一直在使用宏基因组方法在各种生态系统中发现病毒，因此填充了CRESS DNA病毒数据库，”Varsani说。“这为CRESS DNA病毒的全球分析铺平了道路，让人们深入了解这些和其他相关病毒的起源。”

Varsani是生物设计进化机制中心，基础和应用微生物学中心以及ASU生命科学学院的研究员。

滚环复制由Rep蛋白启动，Rep蛋白由质粒编码。它与质粒的双链起点(DSO)结合。然后蛋白质切断其中一条链并保持与切口链的5'末端结合。游离的3'末端被释放以用作DNA聚合酶的DNA合成引物。

使用未经克隆的链作为模板，在质粒周围进行复制(因此，名称，滚环复制)将带切口的链置换为单链DNA。一旦该单链环完成，与Rep连接的5'末端和置换的3'末端在化学反应中连接。当DNA聚合酶返回DSO时，双链环也关闭。信用：

一个充满病毒的世界

最近对环境基因组学的研究表明，地球上最丰富的生物实体是病毒，病毒颗粒数量超过细胞一到两个数量级。它们展现出非凡的多样性，并适应了几乎所有的地球环境。就增长潜力，丰富度，生物多样性，适应性和影响而言，它们也可能被认为是最成功的生物参与者。

病毒由被保护壳包围的核酸(RNA或DNA)组成，称为衣壳。每种病毒的工作描述都很简单：进入活细胞，劫持其代谢机制并制造后代。

病毒与属于细菌，真核和古细菌领域的细胞显着不同，特别是在其复制模式方面。虽然所有细胞生命都依赖于双链DNA遗传，但病毒可以是单链或双链的，并利用DNA或RNA作为其遗传物质。此外，它们的基因组可以是圆形或线性的，由单个或多个分子组成。病毒缺乏一个共同的祖先，事实上，在整个病毒体中没有一个基因是保守的，使病毒成为一种遗传拼贴。

病毒宏基因组学，有时被称为鸟枪测序，为病毒世界打开了一扇新窗口。它使Kazlauskas，Koonin，Krupovic和Varsani等研究人员能够在不了解环境样本中存在的病毒的情况下探索复杂的病毒群落。该技术可用于研究壮观的全球病毒多样性，其中许多病毒在实验室条件下很难或不可能培养。

通过自私成功

通过病毒宏基因组学照射的病毒是CRESS DNA病毒。一度被认为是罕见的，此类病毒已在土壤，深海通风口，南极湖泊和池塘，废水样本，海洋和温泉中被发现。CRESS DNA病毒是一个广泛而多样的病毒超群体的一部分，在医学和经济上都至关重要。

CRESS DNA病毒可通过特异性蛋白酶(称为Rep)进行鉴定。该蛋白在CRESS DNA病毒常见的基因组复制机制以及细菌和古细菌中发现的多种环状质粒中起着至关重要的作用。研究人员最近注意到rep基因在所有CRESS DNA病毒中都是保守的。它们的生物学任务之一是切割和重新连接单链DNA片段 - 对称为滚环复制的复制机制必不可少的活性。

当Rep蛋白切割病毒基因组的dsDNA形式的一条链，启动复制序列时，滚环过程开始。使用未切口的链作为模板，借助于宿主DNA聚合酶延长由切口产生的松散单链。

最终，新合成的单链DNA完全与原始双链形式解离，并且在Rep的帮助下，其末端连接在一起成为新的单链环。然后可以形成互补链，从而形成新的双链 - 搁浅单位(见图1)。该过程允许快速合成多拷贝的环状DNA。

来自不同病毒和质粒组的各种功能模块的重组，来自整个病毒体，是一个不断产生新的ssDNA病毒的不断过程。目前的研究检验了各种CRESS DNA病毒和非病毒复制子(如质粒)之间的序列相似性，并结合用于探索其进化关系的系统发育工具。

结果揭示了三种不同的进化事件，这些事件有助于CRESS-DNA病毒的遗传组成。CRESS-DNA病毒和在细菌，古细菌和一些真核生物中发现的滚环质粒之间似乎存在一种有趣的亲缘关系。新的结果有助于阐明使用滚环机制复制的ssDNA病毒不断扩大的星系，其中包括CRESS-DNA病毒。

“很高兴看到病毒和非病毒自私复制子之间的所有这些进化关系，曾经被认为是无关的，”Krupovic说。“因此，病毒进化的一般机制以及广大病毒世界的全球组织开始瓦解。”