据说它们来自外太空，甚至有人声称它们实际上是细菌，它们破坏了病毒的定义。巨型病毒，绰号“giruses”，含有大量的遗传物质，比其他病毒多100倍，有些比某些细菌还大。

　　直到21世纪初，它们才为科学界所知，但过去20年的发现表明，它们可能对地球上的生命产生重大影响。

　　生活在海洋中的巨型病毒感染了各种单细胞藻类，这些光合生物负责大约一半的地球氧气生产和大约一半的全球碳固定。

　　病毒感染会导致藻华的迅速崩溃——藻类在海洋中积聚数万公里——这反过来又会严重影响广泛的海洋、大气和陆地生态系统。然而，对于巨型病毒的天然宿主，即每种病毒感染的藻类种类，我们仍然知之甚少。

　　在一项发表在《自然微生物学》杂志上的研究中，魏茨曼科学研究所植物与环境科学系Assaf Vardi教授实验室的研究人员使用单细胞RNA测序分析了从挪威峡湾的一次藻华中收集的样本。

　　这使他们能够以前所未有的细节绘制出巨型病毒与单细胞海洋生物(包括藻类)之间的关系，每种病毒都会感染这些生物。

　　直到最近，分析海洋中病毒和藻类种群的最有效方法是对它们进行批量检查，也就是说，分析从海水样本中分离出来的所有遗传物质，这些样本中有大量的病毒和单细胞海洋生物。

　　瓦尔迪解释说:“这些研究提高了我们对水中藻类和病毒分布的认识，但仍然缺乏很多信息。”“我们能够了解特定样本中哪些物种丰富，但无法识别活跃感染，因此我们测量病毒对藻类繁殖或崩溃的影响的能力有限。

　　“同样，我们无法识别样本中不太流行的种群，确定每种病毒的天然宿主，也无法了解病毒在细胞中是否活跃。”

　　为了克服这些限制并研究自然环境中存在的相互作用，研究人员前往挪威峡湾，在那里他们通过向水中添加营养物质并模拟导致水华的条件来诱导藻类繁殖。

　　回到实验室，他们对样本中单个细胞的RNA进行了测序。这些RNA分子指示了在任何给定时间取样的生物体中哪些基因是活跃的。常规的RNA测序是将样本中所有生物体的所有RNA都拉到一起，与之相反，研究人员使用了单细胞RNA测序。

　　这种先进的、高分辨率的方法使他们能够标记单个细胞，并识别出在特定细胞中唯一出现的RNA。

　　使用这种方法，研究人员能够识别细胞中的活性基因，并通过将它们与现有数据库进行比较，确定样本中的每个细胞属于哪个物种。然而，他们并不满足于仅仅绘制宿主;他们还想确定在自然环境中哪些病毒会感染每个细胞。

　　瓦尔迪教授实验室的博士生阿米尔·弗洛姆(Amir Fromm)领导了这项研究，他解释说:“我们意识到，通过仔细分析RNA，我们可以产生两种数据，不仅可以确定藻类的种类，还可以确定藻类是否被巨型病毒感染，如果是的话，是哪种病毒。”

　　在此之前，没有对感染藻类的巨型病毒进行分类的数据库，因此研究人员找到了弗吉尼亚理工大学病毒进化专家弗兰克·艾尔沃德教授，他和自己的团队以从细胞中提取的RNA为基础，建立了一个独特的巨型病毒数据库。

　　在被检查的成千上万个细胞中，许多属于那次爆发的主要藻类——埃米利亚·赫胥黎藻类。在早期的研究中，Vardi和他的团队已经确定了感染这种藻类的特定巨型病毒。这一次，他们把重点放在了样本中少量存在的其他病毒-宿主配对上。

　　他们总共发现了972个受感染的细胞，其中71个不属于水华中的主要藻类，其中包括一些以前未知的巨型病毒-宿主组合。

　　例如，他们发现亚胺病毒-07病毒感染Katablepharidaceae家族的藻类细胞——这种联系以前没有被描述过。当他们检查这些细胞中的病毒RNA时，他们发现它产生的蛋白质对细胞的命运有直接的影响，包括在感染后期能够导致细胞自杀(程序性细胞死亡)的蛋白质。

　　研究人员甚至找到了确凿的证据:他们证明了在检测样本中病毒的出现与宿主藻类种群不久后的崩溃之间存在联系。

　　由于研究人员成功地解决了从微量RNA样品中表征受感染细胞的计算挑战，他们相信他们的方法也可以用于识别世界其他地区的藻类与病毒和其他病原体的相互作用，包括极端气候环境，如极地和高山湖泊。

　　“由于与气候变化有关的过程，古老的病原体正在从两极融化的冰盖中释放出来。这种新方法将使我们能够更容易地识别这些病原体，并帮助人类为它们可能造成的环境威胁做好准备，”Vardi说。