缺氧高壓中演化出的酶，竟比實驗室合成藥還穩定？

當地球最后的邊疆被打開
想象一個幾乎與世隔絕千萬年的"地下實驗室"，這里黑暗、缺氧、高壓，卻孕育著1730種病毒構成的神秘生態系統。
中國科學院的研究團隊在南海永樂藍洞——這個深達301米、被當地漁民稱為"龍洞"的世界最深海底天坑中，發現了一個令人震驚的事實：約77%的檢測到的病毒此前從未被科學界記錄，現有數據庫中找不到任何對應信息。
發表在《EnvironmentalMicrobiome》雜志上的這項研究，不光開啟了深海微生物學的新一頁，而且很有可能給人類攻克重大疾病提供前所未有的生物資源庫。

極端環境中的生命密碼
永樂藍洞比較特別的地方在于，它有著分層的水體構造，從表層的含氧區域，到深層的缺氧區域，接下來就形成了完全不一樣的化學梯度和生態位。
研究團隊利用宏基因組測序技術，分別從"病毒組分"和"細胞組分"的海水樣本中提取遺傳信息，系統性地描繪出這個封閉生態系統的病毒圖譜。
基因共享網絡分析發現，深層缺氧的區域有很多全新的病毒屬，而表層含氧區域的病毒屬和南海開放水域的病毒有重疊。
那些屬于Patescibacteria、Desulfobacterota和Planctomycetota這類原核生物種類的生物，就是這些病毒主要的宿主，它們依靠硫氧化和硝酸鹽還原這類特殊的新陳代謝方式，在極端環境中讓整個生態系統的物質循環可以推進。
上海交通大學相關研究顯示，深海里的病毒在生態系統里充當著生物量轉換器的重要角色，通過裂解宿主細菌把有機碳釋放出來，在全球范圍內，每年能產生0.37到0.63吉噸有機碳，給深海食物鏈提供重要的、容易利用的有機物來源。

從深淵到應用的三大突破

1、醫藥開發的未來金礦
深海極端環境中的微生物為爭奪有限資源，會產生強效的抗菌、抗病毒代謝產物。
目前全球已有40多種海洋藥物獲批上市，150多種化合物正處于臨床試驗階段，而永樂藍洞發現的1730種病毒中，超過1300種是全新物種，它們可能攜帶著攻克癌癥、耐藥性感染等絕癥的"解藥密碼"。
在高壓、缺氧的環境里演化出來的深海病毒獨特酶系統，與傳統陸地微生物對比，在藥物合成方面有著不可替代的高效和穩定。

2、工業生物技術的新引擎
海洋里的極端微生物，已經被證實是新的水解酶的重要來源，像肽酶、脂肪酶、淀粉酶還有纖維素酶這類的
用到食品加工、紡織印染、生物燃料生產等工業流程里的，是這些能耐受極端溫度、鹽度和壓力的酶
比如說，從深海里的嗜壓菌里提取出來的DNA回旋酶已經被當作抗藥物靶標模型來用，用來幫忙開發新一代的氟喹諾酮類抗生素。
中國科學家建立的海洋微生物基因數據庫顯示，真菌在海面下200-1000米的"暮光帶"占據超過一半的基因組比例，它們在分解海洋有機物方面的作用遠超此前認知。

3、氣候變化與生態監測
深海藍洞是相對封閉的時間膠囊，它里面的微生物群落對環境變化比較敏感
科學家經過好長時間監測永樂藍洞里病毒和宿主的相互作用模式，就可以追蹤氣候變化對深海生態系統的影響，比如說海洋酸化、溫度上升這類方面的影響。
病毒帶著的輔助代謝基因（AMGs）能調控宿主的能量代謝和環境適應能力，這就給理解全球碳循環和預測海洋生態系統怎么回應提供了新的生物指標。

從實驗室到產業化的漫長征途
深海病毒研究雖然前景還挺吸引人的，但是存在好幾個挑戰，首先是技術方面的難題，超過90%的深海微生物沒辦法在實驗室里培養，這也就意味著大部分病毒的功能驗證得依靠復雜的宏基因組重建和合成生物學技術。接下來是倫理還有監管的問題，《生物多樣性公約》對于海洋遺傳資源的獲取和利益分享有比較嚴格的要求，跨國合作里的知識產權歸屬還有爭議。
另外，永樂藍洞的特殊性也限制了采樣規模，研究團隊承認目前樣本量還是不夠，深層缺氧區的病毒回收率比較低，那怎樣在保護這個獨特生態系統的前提下，設計出合理的長期監測方案，就成了學界急需解決的問題，從基礎研究到藥物上市一般要10到15年，高昂的研發成本和不確定的商業回報也限制著資本進入這個領域。

重新定義"生命的邊界"
未來3至5年，深海病毒研究將會碰到兩個大的轉變時候，首先，人工智能所推動的分子對接技術，會讓藥物挑選的時候大大縮短，經過把病毒來源的自然產物三維構造和疾病靶點數據庫相匹配，可以像鑰匙找鎖那樣精準開辟，其次，合成生物學的提高，或許會讓科學家在實驗室里讓那些不可以培養的病毒從頭活動起來，接著體系地剖析它們的生態功效和進化順應機制。
但更值得思考的是，當在地球最深的藍洞里發現這么大的未知生命形態時，這是不是意味著我們對生命的邊界的認知要根本性重構，這些在極端環境里繁衍了數百萬年的病毒，或許正在提醒我們，在追求技術突破的同時，去理解并維護這些活化石生態系統自身，才是人類可持續發展的最終答案。

延伸閱讀：
1、《環境微生物組》期刊：永樂藍洞氧化和厭氧區域的病毒生態基因組學
2、《科學前沿》：最大的海洋微生物基因數據庫研究進展

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