生产的细胞外膜囊泡(以下称为MVs)是一个普遍的细胞功能,公共生活的三个领域(Deatherage Cookson, 2012)。特别是,它已经知道了几十年,细菌,包括海洋生物、生产MVs在实验室也在生物膜或感染(教育和贝弗里奇,2006年;Deatherage Cookson, 2012)。然而,直到最近,MVs的存在在很大程度上被忽视了自然环境的分子生态学家。这种态度很可能会改变在最近的一份报告科学在这比勒et al . (2014)证明细菌的大量囊泡在海洋生态系统。他们第一次表明,几株海洋phytoplankter从数值占主导地位Prochlorococcus在实验室产生大量的MVs,表明海洋光养菌也产生MVs在他们的自然环境。这个假设已经直接测试通过检查两个截然不同的海水样本MVs的存在。正如预期的那样,作者成功地分离出丰富的MVs从这两个样本,浓度从105到106囊泡毫升−1海水。这类似于病毒颗粒的低浓度范围的报道海洋(105到109病毒样颗粒/毫升;净重2007)。因此令人惊讶比勒et al . (2014)观察到只有微不足道的数量明显尾随噬菌体(或基因转移代理(GTA))在他们vesicle-rich海洋样品即使他们用来隔离MVs的方法类似于那些传统上用于隔离病毒颗粒。事实上,维度、形态学和分子组成MVs非常相似的一些病毒粒子(Forterre et al ., 2013)。这个观察表明,MVs可能超过真正的病毒颗粒在一些海洋环境。

比勒et al。为海洋MVs提出若干角色,包括移动通信、基因转移,噬菌体抗性和碳循环(图1)。然而,他们不考虑的另一个主要的后果他们观察:细菌的可能混淆MVs生态学研究的病毒颗粒。我们最近指出,MVs携带DNA模拟病毒颗粒显微数字化(EFM)分析(Forterre et al ., 2013)。事实上,我们以前观察到MVs hyperthermophilic古生菌属的Thermococcus携带细胞DNA产生荧光点EFM不能区别这些归因于病毒颗粒(太阳系et al ., 2008)。我们预测细菌MVs存在于自然环境也应该模仿病毒颗粒在EFM研究这些MVs也可以包含DNA (Yaron et al ., 2000)。的确,-哈格曼-什纳布掌管et al。(2013)最近报道,MVs由两个海洋变形菌门,Ahrensia kielensis和Pseudoalteromonas滨在EFM染色后,给亮点SYBR黄金。比勒和他的同事们还注意到DNA的存在与MVs生产都在实验室Prochlorococcus从海洋物种和MVs孤立样本。与环境MVs透露相关的DNA序列的测序从几个细菌类群,包括变形菌门、蓝藻和拟杆菌门,确认多样化的海洋细菌产生MVs含有DNA (比勒et al ., 2014)。

图1
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各种可能的生理作用的细菌膜囊泡的环境。

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的存在在海洋MVs隔绝细菌的DNA样本,连同MVs显得更丰富的事实善意的病毒颗粒在这些样本,验证我们的预测,MVs出现在各种环境中可能导致病毒滴度的高估EFM甚至表明病毒的存在当没有(Forterre et al ., 2013)。EFM已广泛用于微生物生态学家过去二十年来量化病毒颗粒(帕特尔et al ., 2007),导致的结论是,病毒通常是10倍数量比细菌在环境样品和全球生物地球化学循环有重大影响Danovaro et al ., 2011)。如果MVs确实是比真正的病毒颗粒在自然环境中更丰富,这些结论应该重新考虑。

两个海洋研究的样本比勒和同事可能是特别丰富的MVs(或可怜的在真正的病毒)。不过,苏利文和同事最近的一项分析表明,这可能并非如此。这些作者注意到non-tailed粒子数值控制在跟踪粒子在2600年海洋和海水样本在星球六个不同的网站(伯明翰的et al ., 2013)。在他们的分析中,non-tailed粒子对应总数的50 - 90% viral-like粒子的电子显微镜观察到。重要的是,他们把所有的预防措施来防止尾损失在准备和表示,他们从未观察到病毒尾巴分开衣壳的分析样本。作者认为在他们的讨论中,所有观察到的non-tailed粒子的善意的病毒的起源,由细菌或真核宿主和属于未知病毒的家庭。然而,许多观察粒子的对应MVs。事实上,它是不可能与信心之间的歧视善意的无尾的病毒粒子,MVs电子显微镜。

所有这些数据要求修订所有定量研究处理枚举的病毒在自然生态系统,并引入新的方法来评估它们对全球生物地球化学循环的影响。例如,我们曾建议关注新方法列举感染细胞(virocells)对应于病毒的活性形式,而不是被动的车辆的病毒颗粒病毒基因组传播(Forterre, 2013),可以与MVs混淆。然而,virocells识别的自然环境不是一项容易的任务,可以各种陷阱(讨论一个主题Forterre et al ., 2013)。一般来说,应更多的关注样品的制备:一些环境样本氯仿处理(Dinsdale et al ., 2008),可能消除MVs(连同一些真正的病毒颗粒),而这样的待遇是不属执行分析(病毒样本内保持MVs)。然而,这种治疗区分MVs和效率善意的病毒颗粒仍有待评估,也容易产生各种缺陷(讨论Forterre et al ., 2013)。病毒粒子之间的歧视和囊泡(其中一些含有病毒DNA,见下文)似乎是一个重大的挑战未来研究病毒生态学。

先天的,在海洋环境中大量存在的MVs也应该成为一个问题为宏基因组分析病毒社区作为病毒的方法丰富样品也丰富MVs包含细胞DNA (Forterre et al ., 2013)。事实上,污染viromes MVs可以很好地解释了很高比例的细菌在海洋viromes读取(Kristensen et al ., 2010;Roux et al . 2013)。在最近的67 viromes的计算分析,Roux et al。(2013)发现大多数viromes受到了污染,虽然在不同程度上与细胞序列。然而,当比较微生物和viromes只有轻度污染的细胞序列,可以观察到一个明显浓缩这些viromes病毒序列和序列编码假设蛋白(Dinsdale et al ., 2008;Kristensen et al ., 2010;Roux et al ., 2013;Enav et al ., 2014)。这表明,细胞DNA相关MVs可能不是一个大问题在分析海洋viromes。

起初,后者的结论似乎矛盾比勒和同事认为,多数无尾的粒子在海洋样本MVs携带细胞DNA,因为只有4%到8%的DNA相关海洋MVs显然可以隶属于跟踪和其他海洋噬菌体(比勒et al ., 2014)。然而,我们认为这个推论可能低估了“污染”MV-associated DNA序列与病毒或其他移动元素,如质粒。事实上,功能关系可能细胞蛋白质由MV-associated编码DNA(表S6开帐单et al。)揭示很少核糖体蛋白(细胞生物)的标志,而是许多典型的病毒或质粒序列,如各种衣壳蛋白,整合酶、DNA甲基转移酶或其他质粒复制的蛋白质。此外,一个非常高的比例与细胞关系的假设的蛋白质编码序列未知函数,另一个病毒基因组的典型特征。根据我们的分析,病毒/质粒DNA可以从30%到50%的代表MVs两大洋的DNA样本分析比勒和同事(图2)。这些DNA序列可能源于真正的无尾的未知病毒的家庭观察到伯明翰的et al . (2013)。然而,另一个(非独家)可能性解释的存在那么多病毒的DNA样本中不包含病毒颗粒由电子显微镜可见的是,许多MVs海洋样品中实际上包含病毒DNA(或质粒)代替善意的细胞DNA (图1)。

图2
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评价的起源MV-associated DNA序列从沿海(左)和大洋(右)样本。best-blast打上的原始数据和功能注释的DNA序列恢复海洋MVs得到出版比勒et al (2014)。序列被分为四个不同的组根据蛋白质编码:(i)细胞蛋白(细菌、古细菌和真核蛋白质很少发现病毒和质粒);(2)假设的蛋白质(蛋白质和不确定的来源;假设蛋白质通常富集在移动遗传成分);(3)质粒/病毒蛋白质序列最亲密的同源染色体在细胞生物,但被注解为典型的病毒或质粒蛋白质,如病毒粒子的结构组件,不同的甲基转移酶、整合、活性、转座酶等);(iv)病毒蛋白质(真正的病毒基因组中编码)。

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同意这种可能性,众所周知,细菌和古细菌MVs浓缩铀的质粒和/或病毒DNA (Yaron et al ., 2000;Renelli et al ., 2004;太阳系et al ., 2011;发言et al ., 2014)。Yaron et al。(2000)首先发现噬菌体在MVs由DNA大肠杆菌O157: H7。最近,我们发现MVs archaeon产生的Thermococcus nautili(原t .鹦鹉螺)有选择地将缺陷病毒的基因组属于PRD1 /腺病毒谱系以及小质粒(发言et al ., 2014)。病毒/质粒基因组可以直接打包在MVs通过未知的机制的形成,或者在某些情况下,直接注入MVs在“错误”的过程中感染(比勒et al ., 2014)。MVs含有质粒或病毒基因组不同于真正的病毒粒子,因为他们不包含病毒基因组编码的蛋白质,但细胞膜蛋白的一个子集,作证为他们生产的出芽细胞信封(发言et al ., 2013)。我们建议把这些独特的生物实体病毒膜囊泡(vMV),考虑到病毒和质粒序列空间经常重叠(见科尔特斯et al ., 2009;Koonin Dolja, 2014)。

vMVs由细胞蛋白但携带病毒基因组或质粒的镜像GTA是由病毒蛋白质但携带细胞基因组(朗et al ., 2012)。然而,类似于侠盗猎车手,微生物MVs可以参与遗传物质从细胞到细胞的转移(Renelli et al ., 2004;Velimirov和哈格曼2011;发言et al ., 2013)。我们因此建议vMVs可以作为病毒基因组的细胞间运输车辆从而促进之间的重组病毒质粒和/或细胞染色体(发言et al ., 2014)。如果相当比例的MVs环境样品中对应事实上vMVs,可能vMVs代表专业,目前未被玩家之间的基因通量病毒和细胞生物的生物圈。

所有这些观察呼吁大规模研究MVs在各种环境中充分理解他们的生物学意义和与病毒颗粒的复杂相互作用。在真核生物中,一些病毒感染细胞产生MVs窝藏病毒蛋白和/或信使rna和微Pegtel et al ., 2010;Meckes Raab-Traub, 2011)。我们怀疑一些人类MVs(微粒,外皮层或液)也可能携带病毒基因组。应该是非常重要的来验证如果这样vMVs的确存在于真核生物中,如果他们可以向量的长距离传播病毒基因组的多细胞生物。这样的机制可以帮助病毒逃避免疫系统在脊椎动物的信息。