概述迄今为止，对于拟菌病毒的生活史的研究，大多是一些形态上的描述，从分子的水平上我们对这个过程了解得不多——哪怕是对于我们十分熟悉的痘病毒来说。 核质大DNA病毒(NCLDVs)/核质病毒门Nucleocytoviricota在复制过程中最为标志性的特征，就是它们虽是dsDNA病毒，却不在细胞核中（白嫖宿主的酶系），而是在细胞质中独立复制；且它们在细胞质中，营造一个称为“病毒工厂”(viral factory, VF)的结构，作为病毒进行基因组复制、转录的场所。 而拟菌病毒Mimivirus在所有的NCLDVs中，又是极为特殊的。 吸附-进入一些迹象表明，APMV之所以有如此大小，可能是一种进化的结果，因为拟菌病毒的宿主是阿米巴变形虫（棘阿米巴属Acanthamoeba，图1.1），而棘阿米巴以细菌为食。 棘阿米巴的细胞很大，达13-23μm（0.013-0.023mm），使得其适合成为拟菌病毒这种大小的病毒的宿主[1]。 拟菌病毒的纤丝层有着类似肽聚糖的结构，使得其可以“模仿细菌”。（于是拟菌病毒达成了三重名副其实：被人误认为细菌、长得真的很像细菌/大小接近细菌、通过模仿细菌的结构感染食细菌宿主(bacterivore)。） APMV吸附宿主细胞即是通过自身的纤丝——特别地可能是纤丝顶端的25kDa亚基（图1.2），而宿主细胞表面引导病毒吸附的结构，是含有甘露糖(Man)和N-乙酰葡糖胺(GlcNAc)的多糖，相当于病毒的受体。 由于是与特定的糖基而不是蛋白结构互作，APMV可以吸附自然界各种各样的细胞。Rodrigues等(2015)[2]显示APMV至少可以吸附革兰氏阳性细菌、真菌和节肢动物；而Ghigo等(2008)证实APMV能够感染人类和小鼠的巨噬细胞。（包括：循环单核细胞、单核细胞源性巨噬细胞、RAW 264.7巨噬细胞系、THP-1（人单核细胞白血病细胞系）、小鼠骨髓源性巨噬细胞(BMDM)，以及J774A.1巨噬细胞系[3]。巨噬细胞在某些方面与变形虫也非常相似）。 吸附至未必允许的细胞可能有利于病毒的传播，也有可能APMV有更多其他的宿主——即是广嗜性的。 APMV吸附棘阿米巴后，通过其摄食细菌的机制即吞噬作用(phagocytosis)进入宿主细胞内，感染半小时后透射电镜(TEM)下可见吞噬泡，有时可以观察到一次吞噬多个病毒粒子（图1.3）。 至少在巨噬细胞中证明，APMV的感染不是通过网格蛋白clathrin或者窖蛋白caveolin介导的内吞作用(endocytosis)或者微胞饮(micropinocytosis)。 进入到吞噬泡后，APMV的脱衣壳依赖吞噬泡的酸化。在病毒粒子的一个顶点上，闭合的“海星”复合物(starfish)像拉拉链一样张开，使得病毒粒子星状门(stargate)的顶角的五个面像花瓣一样开放，暴露出病毒粒子的内部，然后毒粒内部的囊膜与吞噬泡膜发生膜融合，释放出病毒的核芯到细胞质中（图1.3、图1.4、图1.5）。 拟菌病毒科的宿主上述类似的机制也在其他病毒，如图庞病毒Tupanvirus（TupanSL和TupanDO）中，以及雅思敏病毒Yasminevirus中被提出。 图庞病毒的自然宿主未知，但在实验条件下被证实可以感染许多原虫，包括：蠕形蠕阿米巴Vermamoeba vermiformes（变形虫门Amoebozoa: 管形纲Tubulinea）、盘基网柄菌Dictyostelium discoideum（曾被误认为是黏菌而命名，后归入变形虫门，生活在土壤中）以及玛氏维拉尔虫Willaertia magna（瓦坎虫科Vahlkampfiidae，一般被描述为一种非致病、自由生活的嗜热(44℃)变形虫，但之后归入古虫界Excavata: 透色门Percolozoa. 最初发现于牛粪中，后也发现于淡水、土壤和动物肠道）；雅思敏病毒的基因组又比APMV要大近乎一倍，然而其病毒粒子却比APMV小（衣壳330nm，纤丝20-40nm），其宿主为蠕形蠕阿米巴，感染时可观察到包含病毒粒子的吞噬体。 BsV-1的宿主是跳跃胞滴虫Bodo saltans（古虫界Excavata: 眼虫门Euglenozoa: 动质体纲Kinetoplastida），这是一种豆形的单细胞生物，非寄生性/自由生活，大小4-5μm，有一前鞭毛和一后鞭毛，后鞭毛具有运动功能，其运动表现为快速抽动和跳动，故名。生活于海洋和淡水环境中，食细菌。 动质体纲因具有一种特殊的细胞器结构——动质体(kinetoplast)而得名，它是线粒体内由大量包含线粒体基因组的环状的DNA（称kDNA）像锁子甲一样密集盘绕而成的结构，仅存在于本纲。锥虫科Trypanosomatidae也是本纲的成员，其中包含几种臭名昭著的人类寄生虫，如利什曼原虫Leishmania. 又见：[4]。 CroV的宿主是伦比约餐厅虫Cafeteria roenbergensis，生活在海水中。CroV进入时似乎不经过吞噬，而是在细胞表面直接进行膜融合，将核芯（或基因组）释放到细胞内，而病毒的外壳留在胞外。其证据是从在电镜下观察到被内化的病毒粒子，而只发现有空心的衣壳贴附在细胞表面或附近。 很有可能大多数拟菌病毒科的成员都具有比先前认为的广得多的宿主范围。 餐厅虫属Cafeteria简介餐厅虫是捕食细菌的单细胞异鞭毛类Stramenopile，伦比约餐厅虫C. roenbergensis即为本属的模式种。 细胞肾形，无色，体尺3-10μm，具线粒体，从细胞的一个弧角上伸出两条大小不一的鞭毛——短小的称光滑鞭毛(smooth flagellum)，长大的称具毛鞭毛(hairy flagellum)（又具有许多小的茸毛结构，故名），分别起牵引/吸附和运动的作用（图1.6、图1.7）。细胞通过二分裂增殖，周期~10h，无有性生殖。又见：[5]。 异鞭毛类旧称Heterokonts（“不等鞭毛门”Heterokonta），在分类上归入到最近建立的SAR超群（SAR即Stramenopile + 囊泡虫类Alveolata（包括草履虫、疟原虫和甲藻）和有孔虫界Rhizaria）。“异鞭毛”指的是它们在其生命周期中的能动阶段具有两条不同形状的鞭毛。异鞭毛类中的其他成员包括卵菌纲Oomycetes（包含一些臭名昭著的植物病害）和丝壶菌纲Hyphochytridiomycetes组成的伪真菌类Pseudofungi——曾被错误地归入真菌界；以及硅藻纲Bacillariophyceae、褐藻纲Phaeophyceae（包含许多大型多细胞种类）、金藻纲Chrysophyceae等组成的淡色藻类Ochrophyta——其又曾错误地被认定为植物。这些类群被最终统一到异鞭毛类的证据来自基因组的系统发生、它们的生化特性，以及生殖细胞的形态等。 下图部分名词翻译：伸缩泡(contractile vacuole)、微管(microtubulus)、棘状伪足(acanthopodium)（棘阿米巴的特有结构）、中心体(centrosome)、肌动蛋白纤维(actin filaments)。
基因表达和病毒工厂的形成核芯(core)/核衣壳(nucleocapsid)——被释放到胞浆后，早期的转录事件立即开始。核芯壁也是蛋白质壳层，对于这一结构我们所知甚少，目前关于核芯壁的脱去，以及之后子代病毒粒子中核芯壁的形成的机制都是尚不清楚的。 所有的NCLDVs都编码有自己的复制DNA聚合酶（而且都属于家族B，即PolB，所有NCLDVs的DNA聚合酶是单系的）和全套的转录酶系，而可以不依赖宿主的酶系进行复制和转录，APMV也不例外。拟菌病毒科的转录酶系和机制都与痘病毒的大体相似，包括：
当然，上面很多蛋白的身份仅仅是根据结构特征推定的。而根据APMV和CroV毒粒的蛋白组学显示，这样全套的病毒编码的酶系竟然都被完整地包裹在病毒粒子中，使得病毒进入后即可启动早期转录。 感染后3-4小时，病毒工厂开始形成（图2.1）。早期可见细胞内有许多个小的缓慢生长的早期病毒工厂。每个病毒粒子（或者每个吞噬泡中的病毒）形成一个病毒工厂，在病毒工厂出现以前称为隐蔽期(eclipse phase)。多个小的病毒工厂能够合成为一个大的病毒工厂，占据细胞中央。 病毒工厂(VF)被视为病毒生活史中真正具有生命活动的阶段，而病毒的衣壳/核芯只是一个“种子”(viral seed)。在不同的文献中，也称之为“复制工厂”(replication factory)或者“毒粒工厂”(viral particle/virion factory)。 完全形成的病毒工厂的电子密度非常高——因此在电镜下，是感染细胞中最容易鉴别的结构（图2.1、图2.2）。它包括一个病毒的复制中心(replication center)，一个膜组装区(membrane assembly zone)和低电子密度的外周区(periphery zone)/纤丝获得区(fibril acquisition area)，后两者的功能在于组装子代病毒粒子（见下节，又见图3.3）。当大病毒工厂形成后，细胞核、线粒体和其他细胞器都被挤到细胞的侧边。 早期描述性的研究显示，病毒或者病毒的某种成分在感染过程中会进入细胞核，然而很快又穿梭回到胞浆[8]，这种入核现象的意义不明，且病毒的各项活动也不会在细胞核内进行。 痘病毒和拟菌病毒是巨病毒中复制过程独立于细胞核的程度最高的病毒，而其他巨病毒许多仍与细胞核有密切的互作。而在BsV-1中，宿主细胞核和基因组似乎被降解了，因为在电镜下感染的胞滴虫细胞中，核仁和染色质已经消失[9]。 据推测，拟菌病毒感染/基因表达的过程也可以分早期（early，感染后3h）、中期（intermediate，3-6h）和晚期（late，6h以上），每期表达的基因都有自己的转录因子和启动子（阶段特异性的信号序列）。与此同时，早期表达中期的转录因子；中期表达晚期的，从而实现3个阶段的递进。这个模板是在痘病毒中研究所得到，痘病毒是人们相对比较熟悉的一种NCLDV，而理所当然地，拟菌病毒也被与痘病毒进行比较。 在拟菌病毒科中，已经找到了不同种类之间共有的一个高度保守的早期转录信号“AAAATTGA”；晚期转录信号因病毒种类而异；目前尚未在拟菌病毒中鉴定出一个明确的中期阶段和中期信号，很多人认为在拟菌病毒中可能并不存在一个中期。（当病毒工厂在电镜下变得可见以后，感染细胞即开始产毒。）在APMV中，绝大多数基因的末端有一个回文序列（能够形成发夹），被认为是转录终止和多聚腺苷酸化信号。加帽和加尾均由病毒的蛋白完成：[10][11][12]。 拟菌病毒的翻译依赖宿主的核糖体，但并不是在病毒工厂内，病毒工厂内也没有核糖体。病毒mRNA将转运出病毒工厂。有意思的是，拟菌病毒编码许多氨酰tRNA合成酶、tRNA、RNA修饰酶、真核翻译起始因子基因（但并不齐全），它们在必要时会部分替代或者补充宿主的相应酶活性，以更好地服务于病毒的蛋白质合成。
子代病毒粒子的组装衣壳组装的中间体从感染后5h开始就可以见到，成熟的病毒粒子从6h开始就逐渐出现（图2.1）。从这时开始，大量的子代病毒在病毒工厂周围以一种爆发散开的方式形成和累积，最后充满整个细胞（图3.6）。 病毒衣壳的组装发生在病毒工厂的边缘，是以膜为依托的，这点与复层噬菌体科Tectiviridae（噬菌体PRD1）和覆盖噬菌体科Corticoviridae（噬菌体PM2）类似，且后两者也因为主要衣壳蛋白中DJR折叠的存在，而被归为多DNA病毒域Variadnaviria，但是与拟菌病毒关系极远。 拟菌病毒粒子的内膜一般被认为是来自粗面内质网(RER)[8][13]，不过穿梭病毒(cotonvirus, Cotonvirus japonicus)被发现利用宿主的高尔基体——而不是内质网，来进行膜组装[14]。这就是说，病毒重塑了宿主细胞的整个内膜系统。粗面内质网上含有大量的核糖体，这里也很可能是病毒蛋白翻译的主要场所。 在病毒感染后2h（病毒工厂形成以前），即可见到大量0.5-2.5μm的囊泡形成于细胞核的边缘，称为转运泡(transport vesicles)或潴泡(cisternae)（图3.1）。 一开始认为这些潴泡结构是核膜收到扰乱所产生，但核膜被证明实际上并没有受到损伤。更进一步的证据显示这些潴泡来自RER，只不过在变形虫中，内质网紧密地分布于细胞核附近。 潴泡越来越多，以至于聚集成团，甚至融合。一些迹象显示其中极可能含有与病毒复制/病毒工厂功能相关的内容物，但具体成分未知。潴泡的团簇以一种未知方式支持了病毒工厂的形成，并贡献了病毒工厂周围的膜结构[7]。然而直到开始产毒以前，病毒工厂是很难在电镜下鉴定的。这就导致很难对病毒工厂具体的形成机制进行研究。潴泡结构即使在病毒工厂出现后还会源源不断地形成并融入到病毒工厂中。 病毒工厂始终都并不像细胞核一样，具有一个完整的包绕其的膜结构，相反，膜组装区的膜结构是极其破碎的。在病毒工厂开始产毒以后，膜组装区开始非常活跃地生长出囊泡、多囊泡体(multivesicular bodies)乃至开放膜片(open membrane sheets)，即非闭合的破碎膜，在非感染的细胞不会出现（图3.2）。这里的多囊泡体也不能与动物细胞中包绕腔内囊泡(ILVs)的多囊泡体(MVBs)混淆，前者实际上指的是具有多个囊泡形态而实际上腔体仍然相连的囊泡结构。 然后可以观察到破碎膜片上开始附着有具棱角的结构，这就是衣壳开始组装的表现（图3.2）。衣壳的组装起始于海星复合物(starfish)（也即星状门）的出现，且星状门总是朝向病毒工厂外侧，围绕着膜逐渐生长，最后形成一个空心的内饰有膜的衣壳。在CroV中，通过冷冻电镜的观察，发现其壳粒的编排是围绕顶点的一种螺旋式的组装过程（图3.4）。电镜和原子力显微镜显示衣壳的生长是以五重轴为凝结核，可能并不是必须依赖星状门。 由于病毒粒子的六邻体壳粒L425实际上是三聚体（组成的所谓伪六聚体，即实际上不是六聚体），像拟菌病毒、腺病毒等这样的病毒都编码其他蛋白来形成自己的五重轴。然而在拟菌病毒中，五重轴上的蛋白的类型、功能和结构目前未能解析。另外次要衣壳蛋白/尺带蛋白(tape-measure protein)L454在病毒粒子组装过程中的作用不明，有待研究。 在空心衣壳形成后，内膜的大小并不总是适合衣壳的的尺寸，导致病毒粒子后侧的一个面上具有拖尾（图3.5）。拖赘的膜结构会被剪切掉，留下一个孔口，从这个最后的孔口进行基因组DNA的填塞。填塞一般认为是由一个HerA-FtsK家族ATP水解酶催化的，这个酶普遍存在且高度保守于核质病毒纲，在APMV称为L437. 对于APMV-L437结构和模式的研究非常少，根据其他病毒相应酶的研究推测其形成六聚体环，并使DNA穿过环填塞到衣壳内。 （所以星状门是病毒粒子释放的部位，但不是基因组填塞的部位，这点与疱疹病毒和有尾噬菌体不同，其病毒粒子的孔结构既是基因组DNA释放的部位，也是基因组DNA填塞的部位。） 拟菌病毒基因组DNA在病毒粒子内的组织方式非常特殊，被称为“基因组纤维”(genomic fiber)（图3.8、图3.9）。其结构是中空的管状的左手螺旋的蛋白质壳层，内附5-6条平行的基因组DNA双链，内径~9nm，外径~30nm. 其蛋白质组分是两种葡萄糖-甲醇-胆超家族氧化还原酶碱(glucose-methanol-choline oxidoreductase, GMC)，在APMV中是L894/93和R135. 值得注意的是R135同时也是纤丝的组分，且这两个GMC酶具有很高的序列相似性。其他附着于基因组纤维上的蛋白包括转录酶的催化亚基，以及病毒编码的驱动蛋白kinesin等的同源物[15]。 病毒粒子成熟的最后一步是纤丝的获得——如前所述，这个过程是在病毒工厂的外周区/纤丝获得区发生的，几乎与基因组填塞同时进行（图3.7）。APMV编码有一系列的糖合成酶系和糖基转移酶来进行纤丝的合成。例如R135蛋白——也是纤丝的成分之一，属于GMC超家族；L136是一个磷酸吡哆醛依赖的糖氨基转移酶，能够催化(UDP-)4-氨基-4,6-脱氧-D-葡萄糖(viosamine)的合成。然而这远不足以包括拟菌病毒完整的进行纤维组装的全部机器和酶系。 随着病毒粒子的逐渐形成，病毒粒子也开始从病毒工厂/细胞的中央向细胞的外侧/细胞膜附近移动。大量的病毒粒子源源不断地产生，使得病毒工厂最后几乎占据整个细胞（图3.6、图2.1）。 病毒粒子最后以裂解细胞的方式释放，大约发生于感染后24小时，这个速度比一些噬菌体慢得多，可见复杂的病毒复制更加耗费能量和时间。APMV感染变形虫后，一次能释放300-1000个子代病毒粒子，而智利巨大病毒Megavirus chilensis和CroV感染一次能够释放~500个病毒粒子。显然，后者的宿主细胞的大小对它们病毒粒子的大小造成了选择压力，因为细胞必须足够大以产生足够多的病毒粒子。
参考
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