突破性的显微镜解锁了植物病毒组装的秘密

对植物病毒如何组装的新研究可以为将来用于将药物携带到人体中奠定基础。该研究由利兹大学阿斯伯里结构分子生物学中心和诺里奇的约翰英纳斯中心的研究小组描述了空豇豆花叶病毒(CPMV)的空结构和允许该病毒的分子“粘合剂”的结构。建立自己并封装其基因组。

该研究结果发表在Nature Communications杂志上，基于革命性的新电子显微镜，可能是最终允许科学家构建可将药物带入体内并靶向疾病的定制版病毒的关键步骤。第一作者，利兹大学结构分子生物学副教授Neil Ranson博士说：“要使用豇豆花叶病毒作为药物传递载体，我们需要了解它如何组合在一起，为此我们需要了解它的结构在解决方案中非常精细。

“就在几年前，这是不可能的，因为我们根本无法看到所需的细节中的复杂生物系统。然而，新一代电子显微镜正在彻底改变我们对待病毒内部工作的能力并理解如何我们可能会让它对我们有用。“在自然通讯本文研究的重要步骤，以了解如何安全，可以在未来创造植物为基础的病毒样颗粒。

Ranson博士说：“我们项目的目的是了解病毒如何通过非常简单的构建块组合在一起。如果我们理解正确，我们可以有效地制作病毒包药物，然后针对特定目标人体内的某些部位或疾病，如癌细胞。“植物病毒是这类工作的理想选择 - 它们距离我们很远。你无法捕获植物病毒。我们的论文以前所未有的细节展示了空病毒壳的结构，包括一部分必需的蛋白质我们的合作者在Norwich的John Innes中心制造的病毒样颗粒没有基因组，因此无法自我复制或变异，“Ranson博士说。

“我们留下优雅，高效和稳定的结构，已经发展到完美的水平，目前人造设计无法与之竞争，这些可能是开发目标药物的重要资产。我们可以在未来改变蛋白质壳上的序列，并将它们重新定位于我们想要击中的疾病。“

该论文是电子显微镜革命的产物 - 被称为“决议革命” - 正在改变结构生物学家可以工作的细节水平。它包括一些最详细的蛋白质复合物电子显微镜结构，但它们已经成为CPMV病毒自身构建详细分析的基础。

研究人员展示了这种病毒是如何构建一个高度对称的蛋白质壳，来自五面“五面体”，每个五面体由一个蛋白质亚基构成。装配过程的核心是一个关键蛋白质的一部分 - 小外壳蛋白亚基的C-末端 - 作为一种分子胶，在病毒的外部结构建立时将五边形保持在一起。

C-末端对于病毒包装其基因也是必不可少的，但它在完成其工作时会从病毒中分离出来。这使得不可能使用诸如X射线晶体学的其他结构技术进行观察。

利兹大学研究员Emma Hesketh博士和Nature Communications论文的第一作者说：“基本单位非常简单，因此病毒只需要很少的信息来制作大蛋白壳。只有它非常有效，但CPMV以建造一个不易分解的非常稳定的结构而闻名。如果这些结构能够在药物制造中存活并被引入人体，我们需要这种稳定性。“

Hesketh博士说：“这项研究中使用的新型电子显微镜使我们能够详细了解细分市场并了解其真正的作用。”

该团队在剑桥的医学研究委员会(MRC)分子生物学实验室使用了配备直接电子检测相机的新一代300千伏电子显微镜。显微镜的放大倍数超过130,000倍。最新一代这类电子显微镜中的两个是对新Astbury生物结构实验室投资1700万英镑的一部分，并将于明年在利兹大学安装。

“这种设备完全改变了我们可以与分子相互作用的细节水平。新的显微镜具有更大的功率，但也更稳定，并且具有直接检测电子束的传感器，而不是像以前那样使用光学传感器间接检测电子束。一代人做了。“在实践中，这意味着，我们首次在复杂的生物系统中查看单个氨基酸的原子细节。这开辟了操纵这些氨基酸并以前所未有的精度干预分子功能的方法。”