病毒如何超越宿主细胞

病毒依赖宿主细胞进行复制，但病毒如何诱导其宿主将其自身的遗传信息与病毒一起转录，从而产生子女病毒?几十年来，研究人员一直在研究一种叫做lambda的噬菌体，试图找到这个问题的答案。使用高分辨率低温电子显微镜，来自柏林Charité - Universitätsmedizin的研究小组现已成功破译了这一过程。他们的研究结果发表在Molecular Cell上。

没有主机，没有病毒。虽然病毒确实能够通过在宿主外存活而传播，但它们需要宿主进行复制。病毒缺乏遗传信息转录及其随后转化为新病毒成分所必需的复杂装置。这就是为什么所有病毒都需要访问宿主细胞的分子基础设施。几十年来，研究人员一直在研究病毒成功利用宿主功能的方式。他们的努力主要集中在依赖细菌宿主复制的噬菌体病毒上。其中最深入研究和最有特色的是λ噬菌体。

先前的研究表明，λ噬菌体将其自身的遗传信息引入宿主的遗传信息中，将其插入宿主基因组的特定位点。RNA聚合酶是一种负责转录遗传信息的蛋白质复合物，通常会在细菌基因末端停止读取这些信息，并忽略插入其后的任何病毒基因。该病毒利用一种技巧阻止RNA聚合酶终止转录过程：它引入了“lambda-N”(λN)，这是一种微小的蛋白质，可以附着在宿主的RNA聚合酶上并迫使其继续转录病毒基因。到目前为止，尽管进行了大量努力，但研究人员未能确定这种微小的蛋白质如何能够实现这一壮举。一个位于柏林的研究团队现在已经能够使用高分辨率成像可视化RNA聚合酶-λN复合物的三维结构，使他们能够提供这种病毒利用的详细解释。

在他们的研究中，Charité的研究人员与柏林自由大学和马克斯普朗克分子遗传学研究所的同事一起工作。他们开始分别生产这种大蛋白质复合物的各个成分。在重新组装组件后，他们将所得复合物放入薄膜水中并冻结。

使用低温电子显微镜，研究人员从不同角度拍摄了总共70万张蛋白质复合物图像，用这些图像计算其三维结构。“这种结构的性质告诉我们，小的病毒λN蛋白将RNA聚合酶的两半密封在一起，从而防止它一旦到达细菌基因末端的终止信号就会分崩离析，”其中一项研究解释说。第一作者，Ferdinand Krupp，他是Charité医学物理和生物物理研究所的博士生。

“正因为如此，RNA聚合酶一旦到达病毒基因就会继续转录。一旦所有的病毒基因都已被阅读，它们就被用作制造女儿病毒的蓝图 - 意味着病毒已达到目标，”生物物理学家。他补充说：“我们的数据还解释了五十年研究中记录的许多个体结果。总之，这些研究结果可能有助于开发新的抗菌药物。”