對(duì)植物病毒如何組裝的新研究可以為將來(lái)用于將藥物攜帶到人體中奠定基礎(chǔ)。該研究由利茲大學(xué)阿斯伯里結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)中心和諾里奇的約翰英納斯中心的研究小組描述了空豇豆花葉病毒(CPMV)的空結(jié)構(gòu)和允許該病毒的分子“粘合劑”的結(jié)構(gòu)。建立自己并封裝其基因組。

該研究結(jié)果發(fā)表在Nature Communications雜志上，基于革命性的新電子顯微鏡，可能是最終允許科學(xué)家構(gòu)建可將藥物帶入體內(nèi)并靶向疾病的定制版病毒的關(guān)鍵步驟。第一作者，利茲大學(xué)結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)副教授Neil Ranson博士說(shuō)：“要使用豇豆花葉病毒作為藥物傳遞載體，我們需要了解它如何組合在一起，為此我們需要了解它的結(jié)構(gòu)在解決方案中非常精細(xì)。

“就在幾年前，這是不可能的，因?yàn)槲覀兏緹o(wú)法看到所需的細(xì)節(jié)中的復(fù)雜生物系統(tǒng)。然而，新一代電子顯微鏡正在徹底改變我們對(duì)待病毒內(nèi)部工作的能力并理解如何我們可能會(huì)讓它對(duì)我們有用。“在自然通訊本文研究的重要步驟，以了解如何安全，可以在未來(lái)創(chuàng)造植物為基礎(chǔ)的病毒樣顆粒。

Ranson博士說(shuō)：“我們項(xiàng)目的目的是了解病毒如何通過(guò)非常簡(jiǎn)單的構(gòu)建塊組合在一起。如果我們理解正確，我們可以有效地制作病毒包藥物，然后針對(duì)特定目標(biāo)人體內(nèi)的某些部位或疾病，如癌細(xì)胞。“植物病毒是這類工作的理想選擇 - 它們距離我們很遠(yuǎn)。你無(wú)法捕獲植物病毒。我們的論文以前所未有的細(xì)節(jié)展示了空病毒殼的結(jié)構(gòu)，包括一部分必需的蛋白質(zhì)我們的合作者在Norwich的John Innes中心制造的病毒樣顆粒沒(méi)有基因組，因此無(wú)法自我復(fù)制或變異，“Ranson博士說(shuō)。

“我們留下優(yōu)雅，高效和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)發(fā)展到完美的水平，目前人造設(shè)計(jì)無(wú)法與之競(jìng)爭(zhēng)，這些可能是開發(fā)目標(biāo)藥物的重要資產(chǎn)。我們可以在未來(lái)改變蛋白質(zhì)殼上的序列，并將它們重新定位于我們想要擊中的疾病。“

該論文是電子顯微鏡革命的產(chǎn)物 - 被稱為“決議革命” - 正在改變結(jié)構(gòu)生物學(xué)家可以工作的細(xì)節(jié)水平。它包括一些最詳細(xì)的蛋白質(zhì)復(fù)合物電子顯微鏡結(jié)構(gòu)，但它們已經(jīng)成為CPMV病毒自身構(gòu)建詳細(xì)分析的基礎(chǔ)。

研究人員展示了這種病毒是如何構(gòu)建一個(gè)高度對(duì)稱的蛋白質(zhì)殼，來(lái)自五面“五面體”，每個(gè)五面體由一個(gè)蛋白質(zhì)亞基構(gòu)成。裝配過(guò)程的核心是一個(gè)關(guān)鍵蛋白質(zhì)的一部分 - 小外殼蛋白亞基的C-末端 - 作為一種分子膠，在病毒的外部結(jié)構(gòu)建立時(shí)將五邊形保持在一起。

C-末端對(duì)于病毒包裝其基因也是必不可少的，但它在完成其工作時(shí)會(huì)從病毒中分離出來(lái)。這使得不可能使用諸如X射線晶體學(xué)的其他結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行觀察。

利茲大學(xué)研究員Emma Hesketh博士和Nature Communications論文的第一作者說(shuō)：“基本單位非常簡(jiǎn)單，因此病毒只需要很少的信息來(lái)制作大蛋白殼。只有它非常有效，但CPMV以建造一個(gè)不易分解的非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)而聞名。如果這些結(jié)構(gòu)能夠在藥物制造中存活并被引入人體，我們需要這種穩(wěn)定性。“

Hesketh博士說(shuō)：“這項(xiàng)研究中使用的新型電子顯微鏡使我們能夠詳細(xì)了解細(xì)分市場(chǎng)并了解其真正的作用。”

該團(tuán)隊(duì)在劍橋的醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)(MRC)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用了配備直接電子檢測(cè)相機(jī)的新一代300千伏電子顯微鏡。顯微鏡的放大倍數(shù)超過(guò)130,000倍。最新一代這類電子顯微鏡中的兩個(gè)是對(duì)新Astbury生物結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室投資1700萬(wàn)英鎊的一部分，并將于明年在利茲大學(xué)安裝。

“這種設(shè)備完全改變了我們可以與分子相互作用的細(xì)節(jié)水平。新的顯微鏡具有更大的功率，但也更穩(wěn)定，并且具有直接檢測(cè)電子束的傳感器，而不是像以前那樣使用光學(xué)傳感器間接檢測(cè)電子束。一代人做了。“在實(shí)踐中，這意味著，我們首次在復(fù)雜的生物系統(tǒng)中查看單個(gè)氨基酸的原子細(xì)節(jié)。這開辟了操縱這些氨基酸并以前所未有的精度干預(yù)分子功能的方法。”