生物学家发现病毒如何劫持细胞的机器

动物或人类细胞 - 这一过程允许这些外来入侵者欺骗细胞产生数百种新病毒，最终爆发并杀死它们感染的细胞。在1月13日出版的“ 科学”杂志上发表的一篇论文中，研究人员进行了一系列实验，使他们能够详细查看入侵病毒复制时细菌细胞内发生的情况。“科学家们已经研究病毒一百年了，但我们以前从未见过这样的病毒，” 负责该研究小组的分子生物学教授乔·波利亚诺说。“每个实验都为这个系统带来了新的和令人兴奋的东西。”

感染细菌的病毒，也称为噬菌体，是地球上最多的一些实体。“我们选择研究一个异常大的噬菌体家族，并采用前沿方法以前所未有的细节观察它们的复制，”参与该研究的分子生物学教授Kit Pogliano说。

Joe Pogliano和他的同事发现，在噬菌体感染细菌后不久，它们会破坏细菌细胞的大部分现有结构，包括细菌DNA，然后劫持剩余的细胞机器。然后病毒将整个细胞重新组织成一个高效，集中的工厂，以产生下一代病毒。

“这个工厂和受感染细胞的周围排列与植物和动物细胞中的组织非常相似，”Pogliano说。

细菌缺乏许多区分植物或动物细胞中细胞过程的特殊结构，生物学家将其称为“真核细胞”。例如，细菌缺乏封闭的细胞核，其含有遗传信息并充当细胞的控制中心。

但是博士后研究员Vorrapon Chaikeeratisak和Pogliano实验室的研究生Katrina Nguyen发现，入侵的病毒可以组织细菌内的结构来模仿真核细胞中的结构。

使用荧光显微镜，这两位生物学家发现，当病毒在细菌细胞内复制时，它们会建立隔离区来分隔感染过程中不同的过程。

“这些区室封闭了所有的病毒DNA，正如植物或哺乳动物细胞中的核一样，”该论文的第一作者Chaikeeratisak说。“DNA过程，如复制或转录，发生在隔室内，而蛋白质则在隔室外产生。”

加州大学圣地亚哥分校的化学和生物化学教授Elizabeth Villa和加州大学旧金山分校的生物化学和生物物理学教授David Agard使用了一种称为“低温电子断层扫描”的专业技术来生成Chaikeeratisak过程的图像。和Nguyen最初在极高的放大率下发现。

这些图片显示病毒后代围绕细菌的核样区室组装。最终，这些新病毒使细胞破裂并扩散以感染相邻细胞。

“这些对病毒操纵细胞的观察是完全出乎意料的，因为没有看到细菌病毒以如此激烈的方式重组细胞，”Pogliano说。“将一个简单的细胞重组成一个现有的，更复杂的系统，模糊了简单的细菌细胞和'更高'的生物体之间的界限，如植物和动物。”

这可能是多细胞生物进化的原因吗?一种现有的理论，称为“病毒真核生成”，表明第一个真核细胞是在大型病毒接管细菌时产生的。最终，细菌和病毒形成了一种复合细胞，其中病毒进化为细胞核。

“现在判断这种特殊病毒是否是细菌和病毒向多细胞真核生物转变的中间步骤可能为时尚早，但这一发现可以扩大我们所知道的生命起源的知识，”Pogliano说。