无论是眼下正在给我们制造困难的COVID-19，还是自远古以来就一直困扰人类的许多疾病，躲在它们背后的罪魁祸首都是病毒。在我们心里，病毒有着很差的名声，它们是威胁生命的敌人。难道，这些臭名昭著的病毒就没有任何值得赞许的地方吗？
其实在许多生物学家心中，至少有一种特定类型的病毒，或许可以被冠以“英雄”的称号，这类病毒就是噬菌体。
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噬菌体是一些能够感染细菌的病毒，它们携带大量通常存在于细菌中的基因，并且能利用这些基因来对付它们的细菌宿主。
噬菌体是这个星球上最富集的生命形式，有大约1031个噬菌体时刻游荡在世界各地。它们与全球的微生物环境息息相关，无论是在陆地上还是海洋中，它们都控制着各种菌群。每天，海洋中有高达40%的细菌会被噬菌体杀死。可以说，在控制全球的细菌繁殖和有机物的重新分配方面，噬菌体起到了重要作用。
许多从事生物医学研究的科学家对噬菌体非常感兴趣，因为它们可以有选择地杀死细菌。现在，科学家已经将一些天然的和经过生物工程改造的噬菌体成功地用于治疗对抗生素没有反应的细菌感染。这种能够帮助抵御抗生素耐药性的过程被称为噬菌体疗法。
最近，由马里兰大学的生物学家Ivan Erill所领导的一项新研究发现，噬菌体还有另一个重要功能：它们可能是大自然的终极基因修补者，可以制造新的基因使细胞重新获得新的功能。
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和所有病毒一样，噬菌体也有着很高的复制率和突变率，这意味着它们的每次繁殖都会形成许多具有不同特征的变体。大多数噬菌体都有一个坚硬的外壳，叫做衣壳，衣壳里充满了遗传物质。
在多数情况下，噬菌体的衣壳内所能容纳的空间，比它们用于储存和复制DNA所需要的空间更大。这意味着噬菌体有空间携带额外的基因——一些对噬菌体的生存来说并不必要但可以随意修改的基因。
为了了解这是如何发生的，我们需要更深入地了解噬菌体的生命周期。噬菌体主要有两种类型：温和噬菌体和烈性噬菌体。烈性噬菌体和许多其他病毒一样，有着“入侵-复制-杀死”的运作程序，它们进入细胞，劫持细胞的组成部分进行自我复制，然后爆发。
而温和噬菌体则擅长玩“长线游戏”，它们将自己的DNA与细胞的DNA融合，可能蛰伏数年，直到有什么东西触发它们激活，然后它们才恢复到和烈性噬菌体一样的运作过程：复制和爆发。
许多温和噬菌体会将DNA损伤作为触发它们的因素。DNA损伤危及染色体的完整性，直接威胁细胞的生存。当细菌细胞的DNA受到损伤时，就意味着居住在那里的噬菌体DNA很可能在下一轮遭到破坏。所以，这时噬菌体会明智地决定“弃船而逃”，引导噬菌体复制和爆发的基因就会被关闭。
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细菌细胞也想知道它们的DNA是否被破坏了。如果是，它们就会激活一组试图修复DNA的基因，这被称为细菌的SOS应答。其实，细菌的SOS应答是一种解决DNA损伤的广泛机制，如果SOS应答失败，细菌细胞就会遭殃。
当一个温和噬菌体感染一个细菌细胞并将其基因组与细胞的DNA整合在一起时，它通常会处于休眠状态，直到被触发冲出细胞。但一旦噬菌体的DNA成为细菌的一部分，突变就会破坏噬菌体的遗传物质，使其失去活性。这意味着当DNA损伤发生时，噬菌体将无法重组并爆发出来。随着时间的推移，细菌可能会调整噬菌体的开关来控制自己的SOS反应基因。| 图片来源：Miquel Sánchez-Osuna / BioRender.com
细菌会利用一种能够对DNA损伤做出反应的类似开关的蛋白质，来协调SOS应答——如果有损伤，它就打开；如果没有损伤，它就关闭。迄今为止，科学家发现除了拟杆菌门之外，大多数主要细菌群都具有这种SOS应答特征。
然而，科学家一直在思考这样一个问题：究竟是谁发明了这种开关，是细菌还是病毒？
之前的一些研究表明，最先“抵达战场”的应该是噬菌体。在Erilll等人的最新研究中，他们发现拟杆菌的SOS应答是在噬菌体开关的控制下进行的，噬菌体开关被重新组装，以实现细菌自身复杂的遗传程序。这表明细菌SOS开关实际上是噬菌体开关，在很久很久以前就被重新组装。
噬菌体的发明创造中似乎还不只有细菌开关，有研究表明，细胞分裂所需的细菌基因也是通过噬菌体毒素基因的“驯化”而产生的。许多细菌攻击系统，比如毒素和将它们注射到细胞中的基因枪，以及它们用来逃避免疫系统的伪装，都被认为有可能源自噬菌体。
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即便如此，你可能仍然会觉得，就算噬菌体能给生命带来种种助益，但被感染上病毒肯定不是什么好事。其实，越来越多的证据表明，感染植物和动物的噬菌体也是这些生物体遗传创新的一个主要来源。例如，驯化的病毒基因在哺乳动物胎盘的进化和保持人类皮肤湿润方面发挥了关键作用。
最近甚至有证据表明，容纳了DNA的细胞核也可能是病毒发明的。研究人员还推测，今天病毒的祖先可能率先使用DNA作为生命的主要分子。这可不是个小壮举。因此，尽管你可能习惯于认为病毒是典型的恶魔，但它们可以说是基因创新的自然动力。人类今天的存在很可能就是因为它们。