显微技术突破：揭秘植物病毒组装

Jianbo

最近，一项关于“一种植物病毒如何组装”的新研究，可以为将来病毒载药进入人体的应用，奠定基础。这项研究是由来自英国利兹大学Astbury结构分子生物学中心和英国John Innes中心的一个研究小组完成，描述了豇豆花叶病毒CPMV的空间结构，以及可让病毒构建自我并压缩其基因组的分子“胶水”。

相关研究结果发表于最近的《Nature Communications》，是基于革命性的新电子显微镜技术，或许是“最终使科学家构建定制版本病毒、携带药物进入人体并靶定疾病”的重要一步。

该研究第一作者、利兹大学结构分子生物学副教授Neil Ranson说：“为了将豇豆花叶病毒作为药物载体，我们需要了解，它是如何将自己组装在一起的，为此我们需要非常详细地了解它不断变化的结构。”

“就在几年前，这是不可能的，因为我们根本不能按照所要求的细节，看到复杂的生物系统。然而，新一代的电子显微镜技术，正在彻底改变我们探查病毒内部运作、以及了解我们如何让其为我们工作的能力。”

这篇文章探讨了了解“在将来如何制备安全的、植物病毒样的颗粒”的重要步骤。
Ranson博士说：“我们这个项目的目的是，了解病毒如何能把自己从非常简单的模块组装起来。如果我们明白了这一点，我们就可以有效地使病毒包装药物，然后靶定到人体内特定的部位或疾病，如癌细胞。”

Ranson说：“植物病毒对于这类工作来说是理想的——它们与我们有着巨大的进化距离。你不能捕捉植物病毒。我们的研究结果以前所未有的细节，显示了空病毒壳的结构，包括一部分对于组装必不可少、但从未见过的蛋白质。这些病毒样颗粒，是由我们在John Innes中心的同事制备的，没有基因组，因此没有自我复制或变异的能力。”

“我们获得了简洁、高效和稳定的结构，这一结构已经发展到了一个完美的水平，这是目前的人工设计无法比拟的，而这些都可能是发展中的靶向药物的重要宝藏。我们可以在未来改变其蛋白壳的序列，并将它们重新定位在我们要攻克的疾病部位。”

这篇论文，是电子显微镜的一次革命的产物——被称为“分辨率革命”，正在改变着结构生物学家们所能做到的详细程度。这篇论文包括尚未公布的一些最详细的蛋白质复合物电子显微镜结构，这些构成了详细分析“CPMV病毒如何构建自身”的基础。

研究人员展示了病毒如何用五面的“五邻体”（每个构建自一个蛋白质亚基的五个拷贝），构建一个高度对称的蛋白质外壳。在装配过程的中心是一段关键蛋白——小外壳蛋白亚基的C末端，作为少量分子胶水，将五邻体结合一起，作为病毒的外部结构。

C末端对于病毒包装它的基因，是至关重要的，但是当它已经完成了自己的任务之后，它就从病毒上裂解下来。这使得我们用其他结构技术（如X-射线晶体），不可能观察的到。

该论文作者利兹大学研究员Emma Hesketh博士说：“基本单位很简单，所以病毒只需要很少量的信息，就能制造出一个大的蛋白质外壳。它不仅非常有效，而且CPMV已知可构建一个非常稳定、不容易分解的结构。如果将这些结构用于药物生产和引入人体，我们就需要这种稳定性。”

Hesketh博士说：“在这项研究中使用的新电子显微镜，可让我们详细地看到这些片段，并理解它的真正作用。”

该研究团队使用新一代300伏电子显微镜，在医学研究委员会（MRC）分子生物学实验室配备了直接的电子探测摄像机。该显微镜能放大130000倍以上。这种电子显微镜的最新两代，是Astbury Biostructure实验室£1700万元投资的一部分，并将于明年安装在利兹大学。

“这个设备完全改变了我们可以与分子相互作用的细节水平。新的显微镜有更多的力量，但也更稳定，有可以直接检测电子束的传感器，而不是像前一代那样间接地用光量传感器检测它。在实践中，这意味着，我们第一次在原子细节上研究复杂生物系统中的单个氨基酸。这为操纵这些氨基酸、以前所未有的精度干预分子的功能，开辟了道路。”

来源：生物通