病毒感染的全新一面——相变
作者:    发布于:2014-09-30 08:57:51    点击数:

     

      许多双链DNA病毒通过注入自己的遗传学物质来感染宿主细胞。那么,包装在病毒衣壳里的坚硬DNA是怎样进入细胞的呢?

      Carnegie Mellon大学的生物物理学家Alex Evilevitch,通过两项研究为人们展示了病毒感染的全新一面。研究显示,病毒感染时其DNA会发生相变(phase transition),从坚硬的晶体状态转变为类似液体的状态,以便进入宿主细胞。

      这些研究为抗病毒治疗提供了一种全新的靶标。目前绝大多数抗病毒药物的作用机制是,令病毒蛋白失活。然而病毒演化得很快,会对这样的药物产生抗药性。Evilevitch相信,自己的研究为人们提供了预防病毒感染的新途径,即阻断病毒DNA的相变过程。这样的治疗可以将所有疱疹类病毒一网打尽,而且病毒发展出抗性的可能性很小。

      “我们发现,包装DNA的物理特性,在病毒感染的传播中起到了非常重要的作用,而且这种特性是很普遍的,”Carnegie Mellon大学的副教授Evilevitch说。“在此基础上,人们可以开发与病毒基因序列或蛋白结构无关的抗病毒疗法。病毒是很难对这种疗法产生抗性的。”

      不论是感染细菌、植物还是动物的病毒,大多有着非常类似的结构:病毒衣壳包裹着病毒基因组(DNA或RNA)。在许多DNA病毒中,核酸长链紧紧缠绕形成晶体结构。这些遗传物质的堆叠产生了排斥,给蛋白衣壳施加了很大的压力。Evilevitch之前的研究显示,这种压力最终将DNA推出病毒衣壳,进入宿主细胞。病毒衣壳上的DNA出口,跟一条DNA链差不多宽。

      为何DNA能够轻松穿过这么小的出口呢?为了回答这个问题,Evilevitch对感染人的1型单纯疱疹病毒(HSV-1)和感染细菌的噬菌体λ进行了研究。

      在HSV-1研究中(Full text),Evilevitch着手分析了病毒成功感染的物理条件。他通过原子力显微镜和X射线小角散射(SAXS)发现,细胞内的离子环境和温度能够改变病毒内DNA的流动性。当离子条件类似神经元和上皮细胞(HSV-1的感染目标),温度接近感染温度(体温37度)时,HSV-1病毒DNA的流动更为顺畅。

      在噬菌体λ研究中(Full text),Evilevitch通过超灵敏的微量量热法和SAXS证实,噬菌体感染时的确存在一个从固态到液态的DNA相变过程。在感染温度下,噬菌体DNA出现从固态到液态的无序化,提升了DNA的移动能力,并最终感染细胞。

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