大自然的奧秘——對於病毒，我們到底了解多少?

病毒是這世界上最廣泛分布的實體之一，對於人類生活影響巨大，除了造成許多令人困擾的疾病外，其基因的複雜性也讓我們嘆為觀止。由於偵測、分離及分類病毒遇到種種挑戰，如：缺乏全球通用的保守序列（ conserve sequence ）特徵及複雜的實驗步驟，使得目前全球病毒的基因建檔速度緩慢。目前估計可感染微生物的病毒粒子約有超過 10^31（ 10 的 31 次方）種，然而只有少於 2200 種有歸檔於美國國家生物技術資訊中心（ National Center for Biotechnology Information, NCBI ），相較已歸檔的細菌基因體顯得少之又少。這些已歸檔病毒主要來自雙股 DNA 病毒和反轉錄病毒的基因體。我們對於宿主與病毒之間的特定關係（ host-viral interaction ）也了解甚少，並且病毒除了感染宿主外，它們在宿主的代謝重整、基因飄移、微生物群落的建構也都扮演著舉足輕重的腳色。因此，更加深入的了解病毒於全球的分布以及病毒與宿主的關係是重要的課題。

來自美國能源部聯合基因體研究院（ DOE Joint Genome Institute ）的研究團隊發展了一種計算方法，分析了來自 3042 個不同地區的樣本，總共包含超過 5Tb 的總體基因序列資料。冀望藉此了解病毒在世界上的分布、系統發育的多樣性（ phylogenetic diversity ）以及對宿主的專一性。研究結果新發現了超過 12500 個部分 DNA 病毒基因體（ partial DNA viral genomes ），包含至今發現最大的嗜菌體的基因，且將已知的病毒基因數量增加至原本已知的十六倍。

在病毒—宿主的關係方面，團隊利用 CRISPR spacer（原理請參閱「時下最夯！基因編輯器 CRISPR」）和 tRNA 配對，並依據理論假設病毒的 tRNA 是來自宿主，而得出病毒和宿主的關係。團隊確認了 9929 種病毒—宿主的特定關係，這是已知的增加了兩倍。研究顯示的許多關係都是以往未知的，像是新發現能成為病毒宿主的 16 種原核生物門。過去的假設認為病毒—宿主間的關係是單一且特定的，此次研究則發現了例外，但也辨識了可以感染好幾種宿主、甚至可以感染不同的微生物門的病毒。

本次研究也分析了病毒在生態系統及不同棲地的分布，顯示大部分的病毒有強烈的棲地—種類的獨特性（ habitate-type specificity ），但也有發現少數病毒可出現在兩種以上的棲地。以海洋中的病毒為例，深海區的病毒種類較為單一，但也有某些種類的病毒在不同深度的海洋出現。病毒在人類微生物的分布也顯示了明顯的分布於身體特定部位，只有少數幾組在不同的棲地都有出現。研究團隊也繪製出全球的病毒分布圖，顯示儘管地理分布不同，病毒主要在會分布在相似的棲息地。

藉由這篇研究，大幅增加了已知的病毒序列以及病毒—宿主關係，與病毒的分布。未來可以延伸到更進一步的應用，像是提供了疾病治療上的新方向，例如某些疾病其實可能是嗜菌體感染細菌造成。我們可以見識到到非靶向總體基因體定序（ untargeted metagenome sequencing ）比起傳統的方法更強而有力的解決病毒生態學問題，因此期待往後會有更大規模的研究來揭露病毒生態的謎團！