《自然》惊奇发现:在病毒里,找到了自然界从未见过的东西

学术经纬 2022-08-07 08:31
▎药明康德内容团队编辑 

新冠病毒带来的疫情还没平复,又蹦出一个猴痘病毒在不断蔓延,一时间感觉病毒怎么就总盯着人类折腾。

感染人类的病毒确实是个大麻烦,但自然界中病毒不仅只会攻击人类,在看不见的角落,许多细菌也是它们的目标,这些特殊的病毒也被称为噬菌体。

在漫长的岁月中,噬菌体和细菌进行了无数场战斗,并相互演化出了进攻和防御的机制。面对当下的抗生素耐药性的趋势,许多科学家也在探索噬菌体疗法的可行性,当然前提是我们需要对噬菌体具备充分的了解。


《自然》杂志的最新研究最近就再次刷新了我们对噬菌体的认识,作者发现了一个从未识别的噬菌体结构,其与细胞核的作用可能极其相似

借助冷冻电镜和断层扫描技术,来自加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究者观察到巨型噬菌体内部构建了一个特别的隔室,这个隔室与细胞核一样起着保护内部核心遗传物质的作用。领导该研究的Elizabeth Villa教授表示,“这是一种与众不同的隔室,不同于在自然界中见过的任何东西。

▲巨型噬菌体、T4噬菌体核核糖体的大小比较(图片来源:Villa Lab, UC San Diego)

这间隔室的外壳可以允许特定的关键分子进出,同时作为抵御细菌反击机制的一面大墙。Villa和同事非常好奇这间隔室是怎么组建起来的,根据他们的分析,这隔室主要由单一的蛋白拼接而成,由于是第一次发现这种蛋白,他们将其命名为chimallin蛋白。

Chimallin蛋白会以多个蛋白单位组成简单的四方形结,然后再拼凑出更大的蛋白网络。而自然界中多见的结构组成一般是六边形或者蜂巢形,因此噬菌体隔室这种特殊的组装方式又算是另辟蹊径了。

▲巨型噬菌体内部“核”结构的蛋白组成(图片来源:参考资料[2])


“这种方式非常具有创意,简单地将细菌的攻击隔绝开来,保护病毒基因组免受外界影响,” 研究作者之一Kevin Corbett 教授表示。

研究者指出,真核生物的细胞核核孔是一个大型且复杂的结构,可以阻挡大部分蛋白进入细胞核内部,但允许自己所需的特殊蛋白种类畅通无阻。巨型噬菌体可能也是出于这一目的构建了chimallin蛋白外壳,但其如何以简单的结构实现复杂的功能还不得而知。

▲荧光显微镜下的细菌细胞膜(红)、噬菌体核外壳(绿)和噬菌体DNA(蓝)(图片来源:参考资料[2])

“随着噬菌体疗法领域的不断发展,我们可能需要进一步了解这种’噬菌体核’,因为它似乎更擅长应对细菌,” Corbett 教授补充道,现在知道巨型噬菌体能拥有“核”结构,那么未来就可以考虑将这种优势提供给其他噬菌体。

接下来,他们计划进一步揭示这种chimallin蛋白外壳是如何组成的,尤其是病毒将基因组注入细菌内部时又会发生什么,这一点非常令研究团队好奇。

参考资料:

[1] Thomas G. Laughlin et al, Architecture and self-assembly of the jumbo bacteriophage nuclear shell, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05013-4

[2] Giant viruses build a cell nucleus surprisingly like our own. Retrieved August 4, 2022 from https://phys.org/news/2022-08-giant-viruses-cell-nucleus-surprisingly.html


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