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遠(yuǎn)古巨型病毒復(fù)活電鏡成像解密感染機(jī)制

2020-05-21 10:24:53來(lái)源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：電子顯微鏡閱讀量：3238

　　【儀器網(wǎng) 時(shí)事聚焦】將人體冷凍保存使其在未來(lái)的先進(jìn)醫(yī)療科技下蘇醒是科幻作品的一個(gè)常見(jiàn)設(shè)定。現(xiàn)實(shí)中也有很多人選擇在死前將自己冷凍，等待未來(lái)的復(fù)活。雖然以目前的科技人類還無(wú)法做到從冷凍中復(fù)蘇，但是對(duì)于某些遠(yuǎn)古微生物，即使經(jīng)過(guò)幾萬(wàn)年的時(shí)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(wàn)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通病毒。由于其龐大的體積和復(fù)雜性，研究者對(duì)于巨型病毒感染宿主細(xì)胞的過(guò)程仍然知之甚少。

　　近日，密歇根州立大學(xué)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用結(jié)構(gòu)和組學(xué)技術(shù)揭示了巨型病毒感染細(xì)胞的關(guān)鍵過(guò)程。借助先進(jìn)的電子顯微成像技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)還開(kāi)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(fù)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(wàn)分之一的情況，研究人員開(kāi)發(fā)了一種新方法用于模擬感染階段。通過(guò)對(duì)不同的研究對(duì)象進(jìn)行一系列嚴(yán)格的化學(xué)和環(huán)境處理，模擬在感染過(guò)程中病毒可能遇到的各種狀況。然后通過(guò)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(wú)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(jí)，因此在結(jié)構(gòu)生物學(xué)的研究中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

　　通過(guò)顯微鏡成像技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，巨型病毒外殼的一個(gè)頂點(diǎn)上具有海星形狀的封蓋，這個(gè)封蓋被稱為“星門(mén)”。在高溫、高鹽和低PH的環(huán)境條件下，星門(mén)會(huì)被誘導(dǎo)開(kāi)啟，釋放出病毒基因組，進(jìn)而感染宿主細(xì)胞。不同的環(huán)境條件會(huì)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(jì)了一個(gè)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(jìn)行研究，極大簡(jiǎn)化了后續(xù)針對(duì)該病毒的研究。

　　對(duì)巨型病毒的研究拓展了人們對(duì)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(xì)胞內(nèi)進(jìn)行復(fù)制，但是卻有著更接近細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。對(duì)巨型病毒感染機(jī)制的研究可能對(duì)生命起源的研究有所幫助。

　　資料來(lái)源：生物谷

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