顯微技術突破揭秘植物病毒組裝

　　最近，一項關于“一種植物病毒如何組裝”的新研究，可以為將來病毒載藥進入人體的應用，奠定基礎。

　　這項研究，是由來自英國利茲大學Astbury結構分子生物學中心和英國John Innes中心的一個研究小組完成，描述了豇豆花葉病毒CPMV）的空版結構，以及可讓病毒構建自我并壓縮其基因組的分子“膠水”。

　　相關研究結果發表于最近的《Nature Communications》，是基于革命性的新電子顯微鏡技術，或許是“最終使科學家構建定制版本病毒、攜帶藥物進入人體并靶定疾病”的重要一步。

　　該研究第一作者、利茲大學結構分子生物學副教授Neil Ranson說：“為了將豇豆花葉病毒作為藥物載體，我們需要了解，它是如何將自己組裝在一起的，為此我們需要非常詳細地了解它不斷變化的結構。”

　　“就在幾年前，這是不可能的，因為我們根本不能按照所要求的細節，看到復雜的生物系統。然而，新一代的電子顯微鏡技術，正在徹底改變我們探查病毒內部運作、以及了解我們如何讓其為我們工作的能力。”

　　這篇文章探討了了解“在將來如何制備安全的、植物病毒樣的顆粒”的重要步驟。

　　Ranson博士說：“我們這個項目的目的是，了解病毒如何能把自己從非常簡單的模塊組裝起來。如果我們明白了這一點，我們就可以有效地使病毒包裝藥物，然后靶定到人體內特定的部位或疾病，如癌細胞。”

　　Ranson說：“植物病毒對于這類工作來說是理想的——它們與我們有著巨大的進化距離。你不能捕捉植物病毒。我們的研究結果以前所未有的細節，顯示了空病毒殼的結構，包括一部分對于組裝必不可少、但從未見過的蛋白質。這些病毒樣顆粒，是由我們在John Innes中心的同事制備的，沒有基因組，因此沒有自我復制或變異的能力。”

　　“我們獲得了簡潔、高效和穩定的結構，這一結構已經發展到了一個完美的水平，這是目前的人工設計無法比擬的，而這些都可能是發展中的靶向藥物的重要寶藏。我們可以在未來改變其蛋白殼的序列，并將它們重新定位在我們要攻克的疾病部位。”

　　這篇論文，是電子顯微鏡的一次革命的產物——被稱為“分辨率革命”，正在改變著結構生物學家們所能做到的詳細程度。這篇論文包括尚未公布的一些最詳細的蛋白質復合物電子顯微鏡結構，這些構成了詳細分析“CPMV病毒如何構建自身”的基礎。

　　研究人員展示了病毒如何用五面的“五鄰體”（每個構建自一個蛋白質亞基的五個拷貝），構建一個高度對稱的蛋白質外殼。在裝配過程的中心是一段關鍵蛋白——小外殼蛋白亞基的C末端，作為少量分子膠水，將五鄰體結合一起，作為病毒的外部結構。

　　C末端對于病毒包裝它的基因，是至關重要的，但是當它已經完成了自己的任務之后，它就從病毒上裂解下來。這使得我們用其他結構技術（如X-射線晶體），不可能觀察的到。

　　該論文第一作者、利茲大學研究員Emma Hesketh博士說：“基本單位很簡單，所以病毒只需要很少量的信息，就能制造出一個大的蛋白質外殼。它不僅非常有效，而且CPMV已知可構建一個非常穩定、不容易分解的結構。如果將這些結構用于藥物生產和引入人體，我們就需要這種穩定性。”

　　Hesketh博士說：“在這項研究中使用的新電子顯微鏡，可讓我們詳細地看到這些片段，并理解它的真正作用。”

　　該研究團隊使用新一代300伏電子顯微鏡，在醫學研究委員會（MRC）分子生物學實驗室配備了直接的電子探測攝像機。該顯微鏡能放大130000倍以上。這種電子顯微鏡的最新兩代，是Astbury Biostructure實驗室￡1700萬元投資的一部分，并將于明年安裝在利茲大學。

　　“這個設備完全改變了我們可以與分子相互作用的細節水平。新的顯微鏡有更多的力量，但也更穩定，有可以直接檢測電子束的傳感器，而不是像前一代那樣間接地用光量傳感器檢測它。在實踐中，這意味著，我們第一次在原子細節上研究復雜生物系統中的單個氨基酸。這為操縱這些氨基酸、以前所未有的精度干預分子的功能，開辟了道路。”