馬里蘭大學巴爾的摩分校生物科學副教授 Ivan Erill 日前撰寫了一篇文章，稱噬菌體是在生命進化中發揮潛在作用的病毒。 病毒有著”不好的名聲”。 它們是導致COVID-19大流行的罪魁禍首，也是自古以來困擾人類的一系列疾病的原因。 許多生物學家認為有，至少對一種特定類型的病毒而言（即噬菌體，或侵襲細菌的病毒）是不同的。 當這些病毒的DNA被一個細胞捕獲時，它可能包含了使該細胞能夠執行新技巧的指令。

噬菌體使細菌種群受到控制，無論是在陸地還是在海上。 它們每天殺死海洋中高達40%的細菌，説明控制細菌繁殖和有機物的重新分配。

它們有選擇地殺死細菌的能力也讓醫學家們感到興奮。 天然和工程噬菌體已被成功用於治療對抗生素無反應的細菌感染。 這一過程被稱為噬菌體療法，可以幫助對抗抗生素耐藥性。

最近的研究指出了噬菌體的另一個重要功能。 它們可能是自然界最終的基因”修補者”，”精心製作”新的基因，細胞可以重新加工以獲得新功能。

噬菌體是地球上最豐富的生命形式，在任何時候都有大量的噬菌體漂浮在世界各地。 像所有的病毒一樣，噬菌體也有很高的複製和變異率，這意味著它們每次繁殖都會形成許多具有不同特徵的變種。

大多數噬菌體都有一個稱為衣殼的堅硬外殼，裡面充滿了它們的遺傳物質。 在許多情況下，外殼的空間超過了噬菌體儲存其複製所需的DNA的需要。 這意味著噬菌體有空間攜帶額外的基因：那些實際上對噬菌體的生存不需要的基因，它可以隨意修改。

細菌如何重新調整病毒的”開關”

噬菌體主要有兩種類型：溫和噬菌體和毒性噬菌體。 有毒的噬菌體，像許多其他病毒一樣，按照入侵-複製-殺死的程序運作。 它們進入細胞，劫持其成分，複製自己，然後爆發出來。

另一方面，溫和型噬菌體”玩的是長期遊戲”。 它們將自己的DNA與細胞的DNA相融合，並可能休眠多年，直到有什麼東西觸發它們的啟動。 然後它們又恢復到毒性行為：複製和爆發。

許多溫和噬菌體使用DNA損傷作為其”觸發器”。 如果細胞的DNA被破壞，這意味著”駐紮”的噬菌體的DNA可能會成為下一個目標，所以噬菌體明智地”決定跳槽”。 指導噬菌體複製和爆發的基因被關閉，除非檢測到DNA損傷。

細菌重新調整了控制該生命周期的機制，產生了一個複雜的遺傳系統， Erill和他的合作者已經對此研究了二十多年。

細菌細胞也很想”知道”它們的DNA是否被破壞了。 如果是這樣，它們會啟動一組基因，試圖修復DNA。 這被稱為細菌的SOS反應。 細菌利用一種對DNA損傷作出反應的「開關」狀蛋白來協調SOS反應。 如果有損傷，它就會打開，如果沒有損傷，它就會保持關閉。

也許毫不奇怪，細菌和噬菌體的”開關”在進化上是相關的。 這就提出了一個問題。 誰發明瞭這個「開關」，細菌還是病毒？

Erill以前的研究和其他研究人員的工作表明，噬菌體首先到達那裡。 在最近的報告中，研究團隊發現擬桿菌門的SOS反應，這類細菌佔生活在人類腸道中的細菌的一半，受噬菌體”開關”的控制，該”開關”被重新調整以實施細菌自身的複雜基因程式。 這表明，細菌的SOS開關實際上是很久以前被重新調整的噬菌體”開關”。

不僅僅是細菌的「開關」似乎是噬菌體的發明。 研究表明，一個細胞分裂所需的細菌基因也是通過噬菌體毒素基因的”馴化”產生的。 而許多細菌的攻擊系統，如毒素和用於將其注入細胞的”基因槍”，以及它們用來躲避免疫系統的”偽裝”，都已知或被懷疑有噬菌體的起源。

病毒的好處

越來越多的證據表明，感染植物和動物的病毒也是這些生物體基因創新的一個主要來源。 例如，馴化的病毒基因已被證明在哺乳動物胎盤的進化和保持人類皮膚濕潤方面發揮了關鍵作用。

最近的證據表明，甚至容納DNA的細胞核也可能是病毒的”發明”。 研究人員還推測，今天的病毒的祖先可能已經開創了使用DNA作為生命的主要分子。 這不是一個小成就。