在遼闊海洋中，一場肉眼看不見的微小戰爭每天上演。以色列理工學院（Technion）生物學系研究團隊近日發現，一類專門感染海洋藍綠菌的病毒，竟利用「劫持來的基因」發動如同特洛伊木馬般的攻擊，瓦解細菌的能量系統，將其資源轉為自身繁殖所用。這項研究成果發表於國際學術期刊《Nature》。研究由三位教授Debbie Lindell、Oded Béjà與Oded Kleifeld，以及三位年輕博士Omer Nadel、Rawad Hanna與Andrey Rozenberg共同完成。團隊整合分子生物學、蛋白質體學與環境基因體學等多種研究方法，深入解析海洋病毒與宿主細菌之間複雜而精細的互動機制。
海洋中的隱形發電廠
生活在海洋中的藍綠菌（cyanobacteria）體型極小，卻是全球生態系的重要基石。它們透過光合作用製造有機碳，構成海洋食物網的起點，同時大量吸收大氣中的二氧化碳並釋放氧氣，對全球碳循環與氧氣供應有關鍵的影響。然而，這些重要的「海洋發電廠」經常遭到專門感染它們的病毒「藍綠菌噬菌體（cyanophages）」攻擊。這些病毒在演化過程中，會從曾感染過的藍綠菌體內劫持基因，整合進自己的基因組中，成為對宿主發動攻擊的利器。
被挪用的nblA基因
研究團隊聚焦於一個名為nblA的基因。這個基因在藍綠菌遭遇壓力（如營養缺乏）時會被啟動，其功能是拆解光合作用的能量收集系統，釋放出胺基酸，協助細菌在逆境中存活。然而，科學家首次證實：當這個基因被病毒「挪用」並重新利用後，功能完全改變了。在藍綠菌噬菌體中，當病毒感染細菌時，會啟動自己攜帶的nblA基因，強迫宿主細菌拆解其光合作用系統。但這次拆解不再是為了細菌自己生存，而是為了病毒繁殖。分解過程中釋放出的胺基酸，被病毒迅速利用來合成自身蛋白質，加速複製。換言之，病毒把細菌原本的「自救機制」變成了摧毀細菌的工具，從內部掠奪資源，最終導致細菌宿主死亡。這是一種高度精巧的演化策略—病毒不只是破壞宿主，而是操控宿主原有機制，為自己服務。
多種技術整合揭開病毒與細菌互動之謎
這項突破性的發現來自跨領域研究團隊的合作，以及多種先進研究技術的整合。研究人員首先利用精準的基因操作方法，比較攜帶nblA基因與不攜帶該基因的病毒在感染細菌時的差異，藉此釐清該基因在病毒策略中的角色。同時，研究團隊透過蛋白質體學（proteomics）分析，追蹤感染過程中細菌與病毒蛋白質的變化，得以即時觀察雙方在細胞內的動態互動。此外，科學家也運用總體基因體學（metagenomics），分析來自全球海洋的大量樣本，以確認這種病毒策略並非個別案例，而是在自然海洋環境中相當普遍的現象。透過這些方法的結合，研究團隊逐步建立出病毒與細菌互動的系統性圖像，並進一步評估這種機制對全球海洋生態可能造成的影響。
全球光合作用下降5％？
研究估計，這種病毒機制可能使海洋藍綠菌的光合作用產能降低約5％。乍看之下比例不大，但考量藍綠菌在地球生物地球化學循環中的核心角色，這種幅度在全球尺度上極具意義。藍綠菌負責地球相當比例的氧氣與有機碳生產。若其光合作用效率下降，可能影響碳吸收與氧氣生成，進而波及海洋生態系統，甚至對全球氣候產生連鎖效應。
微觀戰爭，宏觀影響
這項研究顯示，海洋病毒並非單純的破壞者，而是精於演化與策略運用的「基因工程師」。它們透過擷取宿主基因，重新編程細菌的代謝系統，將其轉化為自己的繁殖工廠。在微米尺度上的基因角力，可能正默默影響著地球的氧氣供應與碳循環平衡。這提醒我們，理解氣候與生態變遷，不僅需要關注森林與海洋，也必須深入探索看不見的微生物世界。
資料來源：
https://www.technion.ac.il/en/blog/article/the-trojan-horse-gene-of-the-marine-virus/
