Nature：人类首个肠道病毒结构图谱已建立并公布

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题目：Structural atlas of a human gut crassvirus

期刊：Nature

IF：69.504

发表时间：2023年5月3日

通讯作者单位：约克大学

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06019-2

主要内容：

肠道病毒是在人类肠道中发现的最丰富、基因最多样的病毒之一。有关这些病毒的新结构信息揭示了以前未被描述的蛋白质在病毒颗粒组装和感染中的功能。

许多病毒仅通过其基因组序列被了解，这些序列是由从特定环境中采样的许多小段DNA或RNA组装而成的。病毒暗物质 "这一术语描述了作者知道存在的大量病毒，但作者对这些病毒知之甚少。

病毒性暗物质包括人类肠道中的病毒，这些病毒影响着人类肠道微生物组中微生物的功能，其影响方式才刚刚开始被了解。一组名为crassviruses的病毒感染了名为Bacteroidales的细菌，是人类肠道中最丰富的病毒。它们是通过收集许多微生物组研究中的DNA序列而发现的。有一种粗病毒，即ΦcrAss001（Kehishuvirus primarius），已经被分离出来，并且可以在实验室中生长。为了帮助了解什么是板蓝根病毒，作者着手对板蓝根病毒的蛋白质的结构-功能关系进行了描述。

病毒颗粒（病毒体）的三维结构可以说明病毒的生命周期和行为，包括它如何感染、组装和成熟，并有助于揭示蛋白质之间的功能关系。作者使用透射电子显微镜记录的图像确定了ΦcrAss001病毒的结构。在结合了从不同角度观察的数以万计的单个病毒的图像后，以接近原子的分辨率重建了一个完整的三维图（图1a）。这使作者能够建立单个病毒蛋白的原子模型，并在分子水平上检查这些蛋白之间的相互作用。

一些蛋白质构成了病毒的头部（帽状体）和尾部（图1b），作者的原子模型揭示了这些蛋白质的三维褶皱以及它们的结构如何使它们在病毒体中发挥功能。作者发现--对病毒来说最不寻常的是--大量的蛋白质可以和病毒基因组DNA一起被携带在尾部和外壳中。这种蛋白质货物可以被注射到宿主体内。作者还观察到有助于稳定帽状体的蛋白质褶皱，这在病毒中是没有的，还有一种在病毒尾部顶端的蛋白质褶皱，这在任何生物体中都没有报道过。利用比较基因组学分析，作者展示了作者所研究的蛋白质在进化过程中是如何保守的，从而将它们确定为 "标志 "蛋白质，成为这组病毒的典型代表，并将它们与其他病毒区分开来。

作者观察到摇篮病毒配备了几种分子工具，这可能是它们在人类肠道中大量存在的原因。这些工具包括可能使它们能够抵抗降解，从而有助于它们在肠道中的持续存在的帽膜蛋白，以及使它们在感染发生后能够有效复制的货物蛋白（包括RNA聚合酶）。这项研究加强了这样一个观点，即病毒的暗物质包含许多新的蛋白质，这些蛋白质与迄今为止已经发现的蛋白质不同--不仅在其氨基酸序列上，而且在其结构上。这样的病毒可以在针对肠道疾病的治疗方法中找到应用，而它们的蛋白质可以作为新的生物技术平台。

这项研究揭示了人类病毒组的暗物质。为了完成这项研究，作者必须在实验室中培养病毒及其宿主；在全球生物的多样性中，只有一小部分实现了这一点。目前只分离出少数类型的板蓝根病毒，因此未来对板蓝根病毒的研究--特别是那些属于其他板蓝根病毒亚群的病毒，这些病毒通过在不同成分的微生物组中剖析DNA序列而被检测出来--将有利于了解板蓝根病毒如何增殖，以及它们与其他病毒的进化关系。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06019-2

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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