Viruses封面文章:高分辨率冷冻电镜解析病毒结构
生物通/欧阳沐 · 2017/04/03
密歇根州立大学(MSU)的科学家们改装了一个低温电子显微镜。并用它观察了一只来自巴西的巨病毒。最近一期《Viruses》杂志报道不仅报道了他们研究发现,还将它评选为封面文章以彰显这项研究的特别之处。


密歇根州立大学(MSU)的科学家们改装了一个低温电子显微镜。并用它观察了一只来自巴西的巨病毒。最近一期《Viruses》杂志报道不仅报道了他们研究发现,还将它评选为封面文章以彰显这项研究的特别之处。

特别之处一

生物化学和分子生物学教授Kristin N. Parent是本文的通讯作者,她说,冷冻电镜(Cryo-EM)技术使我们能够描绘病毒的结构;观察病毒入侵/攻击细胞时使用的蛋白质。因为冷冻电镜Cryo-EM的样本通常是薄片,稍微厚些的样本,我们视野里就只剩暗灰色和黑色斑点,分子的框架就没法看了。所以Cryo-EM虽然具有较高的分辨率,甚至能够用来观察生物大分子在细胞内的行为,但是,大体积的生物反而不容易看清楚。


冷冻电镜下高分辨病毒三维重构图

桑巴病毒,世界上体型最大的病毒之一,属于巨病毒的一种。正如它的名字,体型巨大。如果把普通感冒病毒比作一个梯子,巨病毒的大小就像人民英雄纪念碑。

通过改装后的Cryo-EM,Parent的研究团队不仅重构了Samba病毒的表面结构,还看到它打开衣壳层,释放核衣壳进入阿米巴虫的整个过程。

虽然Samba病毒不会导致任何人类疾病,但是它的表亲拟菌病毒(mimivirus)却能够引发人类呼吸道疾病。世界上有许许多多的病毒,虽然科学家们无法解析所有病毒,却通过一个安全的模式生物,比如Samba病毒,我们能够了解这个家族中的其他病毒是如何生长,如何攻击宿主。

随着细菌耐药性的增强,科学家们也在研究细菌侵染人类细胞的生物机制。为了寻找抗菌治疗新方法,Parent实验室的科研人员还利用这种Cryo-EM,研究了能够侵染细菌的病毒进入细胞的方式。

特别之处二

一台世界上最好的Cryo-EM显微镜的成本超过500万美元,价格极其昂贵。苦于经费的限制,Parent只好做了一回修补匠,改造了一台MSU现有的显微镜。

给普通透射电子显微镜装配了一个低温台(用液氮制冷),这样就可以使操作台上的病毒保持冰冻。Parent最满意的地方在于,他们还为这台设备加了一个Direct Electron DE-20 成像系统。

他们自食其力地改造现有校园实验条件的举动,为许多跨学科的合作打开了一扇门。这台先进的电子显微镜能应用于很多领域,从单个蛋白质到整个细胞,任何分子复合体的作用机制的研究都可以用这台仪器进行可视化验证。

今年1月Parent与其他研究人员合作的文章“门户蛋白的功能类似DNA传感器并且与基因组压缩入二十面体病毒衣壳相关”被发表在Nature Communication杂志,她也因此获得AAAS Marion Milligan Mason女性化学科学奖,这个奖的获得预示着不久的将来,MSU一定会拥有一台属于自己的更先进的、更高分辨率的Cryo-EM设备。

低廉的造价,使这项技术可以被广泛的推广,从而在其他实验室中普及Cryo-EM技术。目前,巴西德米安斯基拉斯联邦大学(Universidade Federal de Minas Gerais)以及里约热内卢联邦大学(Universidade Federal do Rio de Janeiro)已享受到了这项技术的福利。

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