本文通过用宏基因组、宏基因组Hi-C等方法对深海热液垫中细/古菌-病毒相互作用的研究，发现系统发育关系遥远的菌对同样的病毒具有抗性，说明免疫可以跨越系统发育距离在种群之间建立共同的抗病毒能力。

英文标题：Viruses interact with hosts that span distantly related microbial domains in dense hydrothermal mats

中文标题：在致密的热液垫中，病毒与跨越远亲微生物域的宿主相互作用

发表期刊：Nature Microbiology

影响因子：20.5

发表时间：2023年04月

技术方法：宏基因组、宏基因组Hi-C、宏基因组分箱、理化指标测定

1. 近完成图的细菌/病毒基因组

图1 MAG丰度柱状图

分箱得到了303个具有代表性的微生物MAG（rep_mMAGs）和47个具有代表性的病毒MAG（rep_vMAGs）。其中，Gammaproteobacteria_19_1、Campylobacteria_146_1、Acidimicrobiia_30_1和rep_vMAG_22在所有样本中都存在。

2. 宿主-病毒相互作用的重现

图2 宿主-病毒相互作用的重现

在303个rep_mMAGs中的119个中检测到317个cas位点，65个中检测到116个独特的CRISPR重复序列。大多数（91%）检测到的CRISPR对一个群体具有特异性，同时发现系统发育关系很远的种群会共享相同或几乎相同的CRISPR重复序列，可能与水平基因转移有关。

用群体特异性CRISPR重复序列挖掘了278929个独特的spacers，通过rep_mMAGs和rep_vMAGs之间Spacer-to-protospacer的匹配推测历史宿主-病毒相互作用，确定了28个rep_vMAGs和29个rep_mMAGs之间的96种相互作用。

3. 基于Hi-C信号分析宿主-病毒基因组关系

图3 宿主-病毒互作网络图

通过Hi-C信号得到36个rep_vMAG和241个rep_mMAG之间的859对互作关系，反映了宿主和病毒间潜在的互作网络关系。在此还观察到病毒与多个宿主相互作用，且存在与之前基于CRISPR的Spacer-to-protospacer匹配结果一致的宿主-病毒对（用红色的线段突出展示）。

4. 微生物结构域交叉病毒的全球分布

图4 公共库的病毒与微生物宿主的CRISPR spacer匹配结果

公共库的病毒与微生物宿主的CRISPR spacer匹配得到来自5个地点的25个样本中的26种病毒，这些病毒是在生物膜形成系统中发现的，并在代谢上有相互依赖性。该结构受限于CRISPR位点的组装情况，实际上这些跨越大系统发育距离的宿主-病毒相互作用可能更常见、更广泛。

5. 宿主与病毒相互作用的四个推测模型

图5宿主与病毒相互作用的四个推测模型

在具有高生物量密度、多样性和代谢合作特点的微生物垫层和生物膜中，病毒可能与系统发育遥远的微生物相互作用。提出了四个非相互排斥的模型：

第一个模型是病毒基因组可能进入病毒无法感染的细胞（即 "非主要宿主"）；第二种模型是病毒颗粒、基因组在微生物之间进行接触性转移。这两种情况下将病毒基因组引入非主要宿主细胞会触发基于CRISPR的免疫反应，可能导致整个种群对病毒的免疫记忆和应答。

第三和第四个模型算是高密度的生态系统（如微生物垫）可能是病毒宿主转换、宿主范围扩展的热点。单个噬菌体宿主的转化、范围的扩大仍有待实验证实。

参考文献：

Hwang Y H, et al. Viruses interact with hosts that span distantly related microbial domains in dense hydrothermal mats. Nature Microbiology. 2023.