巨型病毒如何成熟：来自美杜莎病毒的新证据提供了洞察力

admin

巨型病毒代表了一组独特的病毒，它们的大小与小细菌相似。美杜莎病毒是一种特殊的巨型病毒，最早是从日本的一个温泉中分离出来的。遗传学研究表明，与其他巨型病毒相比，水母病毒与真核细胞的关系更为密切，这表明它可能是理解真核生物进化的关键。尽管到目前为止，美杜莎病毒在受感染细胞中的形态和成熟的细节仍然难以捉摸，但其最初发现背后的研究人员现在有了一些答案。  

在最近发表在《病毒学杂志》上的一项研究中，由国立自然科学研究所的村田和芳教授和东京理科大学的武村雅治教授领导的日本科学家团队首次揭示了一种独特的四美杜莎病毒在宿主细胞内经历的成熟阶段。

Takemura 教授评论说：“从进化的角度来看，水母病毒非常有趣，因为它的复制过程和基因组与其他病毒不同。有趣的是，水母病毒也具有独特的颗粒结构。在这项研究中，我们想进一步研究通过表征其形态和成熟过程来阐明这种病毒的生物学。”

为此，研究人员使用了两种技术来实现病毒感染的高分辨率可视化——传统透射电子显微镜 (C-TEM) 和低温电子显微镜 (cryo-EM)。使用这些技术，他们观察了受感染的变形虫细胞中美杜莎病毒的详细颗粒形态。玩

他们的第一个相当令人惊讶的发现是在受感染的宿主细胞内外都存在四种类型的美杜莎病毒颗粒。根据它们的特征，这些颗粒被命名为pseudo-DNA-empty（p-Empty，即充满海绵状物质但没有DNA）、DNA-empty（空的，即没有海绵状物质或DNA）、semi-DNA-full （s-Full，即半充满DNA）和DNA-full（Full，即完全充满DNA）粒子。

随后，他们进行了时程分析，在成熟过程中的几个时间点测量了基因表达，发现这四种类型的颗粒代表了病毒成熟的四个连续阶段。他们发现，与其他病毒不同，水母病毒的病毒衣壳或外壳是在宿主细胞的细胞质中独立产生的，而病毒 DNA 是在细胞核中产生的。此外，只有存在于宿主细胞核附近的空衣壳才能结合病毒 DNA 并成为 s-Full 或 DNA-full 颗粒。这些发现表明，水母病毒具有独特的成熟过程。

为了观察四种美杜莎病毒颗粒的详细结构，研究小组使用了冷冻电镜技术。他们发现所有不同的粒子类型都具有类似的外部结构，存在三种不同的尖峰。衣壳壳的构型也与衣壳内膜层的结构一致。然而，虽然 s-Full 和 Full 粒子显示出完整的内部膜，但 p-Empty 和 Empty 粒子具有“开放膜结构”，这意味着膜的一端有间隙。

众所周知，美杜莎病毒会将宿主变形虫细胞转化为囊肿，并且通常存在于宿主线粒体内。这表明美杜莎病毒可以直接调节线粒体活性。图片来源：东京理科大学的 Masaharu Takemura。

“病毒很聪明，可以以各种方式复制和成熟。我们的研究结果揭示了美杜莎病毒成熟的独特方式。我们在 p-Empty 和 Empty 颗粒中观察到的开放膜特别有趣。我们认为膜间隙表明不完整并代表病毒颗粒尚未成熟的状态。这些间隙可能用于交换水母病毒成熟所需的 DNA 和蛋白质，并在病毒达到其最后阶段时消失，”Takemura 教授解释说。

这些新见解不仅展示了水母病毒中颗粒形成和成熟的新机制，而且揭示了巨型病毒的巨大结构和行为多样性。它们代表了我们对病毒生物学知识的“巨大”飞跃，并呼吁进一步研究巨型病毒，这可能有助于回答有关进化和感染的许多问题。