什麼是奧貝體？藏在人類微生物群中的未知遺傳體
- 演化之聲
- 3月27日
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在人類對微生物世界的探索逐步深入之際，一次令人意外的發現又增添了生物學一個新的認知。我們體內的微生物群落潛藏著一類既不屬於病毒（virus）又與類病毒（viroid）些許不同，但能透過宿主進行複製的 RNA 分子。這些被稱為奧貝體（obelisk，原意為方尖碑）的 RNA 遺傳體，長期在各種轉錄體（transcriptome）研究中被偵測到，但因為缺乏與已知生物的序列同源性，過去很容易被忽略，直到近年透過大規模計算分析才在這堆數據中被挖掘出來。它們與已知的生物或病毒、類病毒沒有明顯的序列親緣關係，也不符合傳統分類標準，卻以驚人的普遍性存在於人類與環境的微生物生態系中。
這些奧貝體的特徵是其序列簡短卻有二級結構的 RNA 分子。它們的基因組通常約為一千個核苷酸長，多呈環狀 RNA（circular RNA），並且摺疊成類似棒狀的二級結構。序列上的高度互補與某些類病毒（如植物類病毒）有類似性 ，但奧貝體與類病毒不同的是，奧貝體存在能產生蛋白質的 RNA 序列，而類病毒則完全不會產生蛋白質。
研究裡第一個發現的奧貝體被稱作奧貝體-α（obelisk-α），其能產生兩種蛋白質，被命名為 Oblin-1 與 Oblin-2。這些蛋白質在序列上找不到已知的對應，但結構預測 Oblin-1 具有穩定的立體構型，包含多段 α 螺旋與一對 β 鏈組成的核心結構，可能具備功能性，而非隨機生成的產物；Oblin-2 的結構較為單純，僅一長條帶有白胺酸拉鏈（leucine zipper）特徵的 α 螺旋，可能可以形成二聚體或三聚體。
研究者利用 Oblin-1 與 Oblin-2 蛋白質作為標記，於全球約 540 萬個公開定序資料集中擴大搜尋，最終整理出 29,959 種不同的奧貝體，可看出奧貝體並非偶然存在，而是地球生態系中一個常見的成員。透過分析人類微生物群資料後也發現，大約一成的人類樣本中可以偵測到奧貝體，而在口腔微生物群中，其出現比例甚至超過一半。由於是利用 Oblin 蛋白作為標記來搜尋，找出的奧貝體很可能皆屬於同源奧貝體，而非同源的奧貝體在本次研究中則無進一步探討。從中也發現有些奧貝體只有 Oblin-1，而無 Oblin-2，代表存在諸多變異。
其中一個重要的發現是成功在一種常見的人類口腔細菌血鏈球菌（Streptococcus sanguinis）中確認了奧貝體的宿主關係。一個被稱為奧貝體-S.s（obelisk-S.s）的 RNA 分子，能在細菌細胞內穩定存在，且完全以 RNA 形式存在，並沒有對應的 DNA 版本，而它的 RNA 複製很可能直接仰賴宿主細胞的轉錄機制。由此推測奧貝體可能是一類感染細菌的 RNA，不過是否也存在於真核生物細胞內，還有待研究。
奧貝體的存在似乎未對細菌造成明顯影響，在營養充足的條件下，即使細菌失去奧貝體，其生長速度、分裂時間與最終密度幾乎沒有差異 。這種可有可無的特性，使奧貝體呈現類似片利共生的存在模式，至少在目前研究認為，它既不會傷害宿主細菌，也不對宿主的基本生理功能產生必要的貢獻。
奧貝體的複製機制仍不明，它們可能如類病毒一樣，直接利用宿主的 RNA 聚合酶進行複製 。此外，部分奧貝體的 RNA 存在自我切割核酶（ribozyme）的基序（motif），這種結構通常與滾環複製（rolling-circle replication）的機制有關，推測奧貝體或許是憑藉這類方式複製遺傳物質。
另一個有趣的現象是，奧貝體在細菌的 CRISPR 系統中幾乎沒有留下痕跡。CRISPR 是細菌的一種免疫系統，會記錄過去遭遇外來遺傳元素的感染，通常為噬菌體，但在大規模分析中，幾乎找不到奧貝體被納入 CRISPR 間隔序列的證據。這可能代表它們與宿主之間的關係較為溫和，未觸發此免疫反應，或者其存在方式讓宿主難以辨識為外來威脅。
奧貝體表現出像類病毒的遺傳物質形式，但又像病毒般帶有能產生蛋白質的序列，又與過往類病毒或病毒的複製機制與感染特徵有不同之處，使它們可能代表一種過去未被我們認識的遺傳資訊載體形式。
作者：水也佑
參考文獻：
Zheludev IN et al. (2024). Viroid-like colonists of human microbiomes. Cell.
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