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遠古巨型病毒復(fù)活電鏡成像解密感染機制

2020-05-21 10:24:53來源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：電子顯微鏡閱讀量：3213

　　【儀器網(wǎng) 時事聚焦】將人體冷凍保存使其在未來的先進醫(yī)療科技下蘇醒是科幻作品的一個常見設(shè)定。現(xiàn)實中也有很多人選擇在死前將自己冷凍，等待未來的復(fù)活。雖然以目前的科技人類還無法做到從冷凍中復(fù)蘇，但是對于某些遠古微生物，即使經(jīng)過幾萬年的時光，也同樣可以重新恢復(fù)生命力。2014年，科學(xué)家在西伯利亞凍土冰芯采集到一種體型巨大的病毒。這種被命名為闊口罐病毒的巨型病毒在凍土中保存了三萬年依然具有感染能力。

　　在闊口罐病毒之前，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了兩種巨型病毒——擬菌病毒(Mimivirus)和潘多拉病毒(Pandoravirus)。巨型病毒的體型遠遠超過普通病毒。由于其龐大的體積和復(fù)雜性，研究者對于巨型病毒感染宿主細胞的過程仍然知之甚少。

　　近日，密歇根州立大學(xué)科學(xué)家團隊利用結(jié)構(gòu)和組學(xué)技術(shù)揭示了巨型病毒感染細胞的關(guān)鍵過程。借助先進的電子顯微成像技術(shù)，研究團隊還開發(fā)了一種可靠模型用于研究巨型病毒，并且首次鑒定了幾種負責(zé)協(xié)調(diào)感染的關(guān)鍵蛋白。

　　為了解決病毒尺寸難以成像以及處于正確感染情況的病毒只占百萬分之一的情況，研究人員開發(fā)了一種新方法用于模擬感染階段。通過對不同的研究對象進行一系列嚴格的化學(xué)和環(huán)境處理，模擬在感染過程中病毒可能遇到的各種狀況。然后通過使用冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)、冷凍電子斷層掃描(cryo-ET)和掃描電子顯微鏡(SEM)在原子層面觀察病毒和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。

　　冷凍電子顯微鏡又被稱為低溫電子顯微鏡，是在傳統(tǒng)的透射電子顯微鏡的基礎(chǔ)上增加了低溫傳輸系統(tǒng)和冷凍防污染系統(tǒng)。與X射線晶體學(xué)和核磁共振同為生物大分子結(jié)構(gòu)研究重要方式。冷凍電子顯微鏡可以分析包括很多重要蛋白質(zhì)，例如膜蛋白在內(nèi)的大型、復(fù)雜和柔性的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)通常無法結(jié)晶，因此不能用X射線晶體學(xué)分析；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也不適用于核磁共振。冷凍電鏡技術(shù)發(fā)展迅速，在病毒、核糖體、線粒體等結(jié)構(gòu)的研究中分辨率可以接近原子級，因此在結(jié)構(gòu)生物學(xué)的研究中的應(yīng)用越來越廣泛。

　　通過顯微鏡成像技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，巨型病毒外殼的一個頂點上具有海星形狀的封蓋，這個封蓋被稱為“星門”。在高溫、高鹽和低PH的環(huán)境條件下，星門會被誘導(dǎo)開啟，釋放出病毒基因組，進而感染宿主細胞。不同的環(huán)境條件會導(dǎo)致不同的感染階段。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，研究小組設(shè)計了一個模型，可以可靠并且高頻率地模擬病毒感染的不同階段并進行研究，極大簡化了后續(xù)針對該病毒的研究。

　　對巨型病毒的研究拓展了人們對病毒學(xué)的理解。與一般的病毒相比，巨型病毒雖然同樣只能在在活著的宿主細胞內(nèi)進行復(fù)制，但是卻有著更接近細胞的結(jié)構(gòu)。對巨型病毒感染機制的研究可能對生命起源的研究有所幫助。

　　資料來源：生物谷

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