Nat Commun：科学家揭示一种复杂噬菌体的完整分子结构

提到“病毒”这个词，人们经常会将其与负面含义联系在一起，然而，我们需要注意的是，并非所有的病毒都是有害的，实际上有很多病毒都生活在我们体内，且在机体健康上发挥着重要的角色，一个典型例子就是噬菌体，其是一种能感染细菌的病毒，通常能被用来控制细菌感染。众所周知，这些病毒具有较为复杂的形状，此前研究人员并未在原子水平上对其进行过详细的研究，噬菌体能被工程化改造从而更好地适应人类的应用，比如提供抗生素使用的替代品等。

近日，一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“Nearly complete structure of bacteriophage DT57C reveals architecture of head-to-tail interface and lateral tail fibers”的研究报告中，来自日本冲绳科学技术研究所等机构的科学家们通过研究名为tequintavirus的T5样噬菌体的分子结构，只在理解这些病毒是如何在分子水平上进行组装的。T5病毒是一种无包膜病毒，其头部呈二十面体形状，包含病毒DNA和一个不可收缩的灵活尾部，其能作为DNA注射到细菌宿主细胞的通道。

如今科学家们获得了病毒所有结构组分的原子模型，这是他们首次在如此详细的水平下完整地揭示具有灵活尾部的尾部病毒，相关研究结果或为后期研究这些病毒感染的分子机制提供一定的线索。研究者Matthias Wolf说道，为了有效地工程化改造并修饰这些病毒从而达到特定目的，我们就必须知晓其在原子水平上是如何组装的，以及其通过什么样的机制感染靶向细菌，出于这些原因，我们决定利用低温电镜技术以较高分辨率观察DT57C噬菌体的整体结构。研究噬菌体疗法的科学家们或能从本文研究结果中受益，噬菌体疗法能利用噬菌体来治疗农作物、鱼类养殖和其它领域中的细菌感染，研究人员所获得的结构知识或能促使他们对噬菌体进行改造来提高杀灭这些细菌病原体的能力。

科学家揭示一种复杂噬菌体的完整分子结构。

图片来源：Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43824-9

那么这是否意味着噬菌体是好的病毒呢？研究者解释道，当这些病毒的行为对我们有益时，其就是好的，而对我们会造成伤害时，其就是坏的，比如细菌等。噬菌体如何让我们受益的一个典型例子就是在基因疗法中对其进行使用，将基因分配给细胞的一种方法就是将其置于经过两种方式所修饰的人类病毒中，第一种方式并不会引起疾病，而第二种方式则会携带想要引入的基因来治疗特定疾病，通过这种方式，病毒就能被用作引入治疗措施的载体。这项研究的主要挑战之一就是通过电子纤维照片详细重建整个噬菌体，而并不仅仅是其一些组分；DT57C噬菌体包括头部、颈部、尾部和尾部末端的底板，这些组件中的很多部分都是灵活的，能够自由移动，这或许就使得研究人员很难可视化地详细观察期分子结构，就像很难给移动的物体拍好一张照片一样。

因此，为了解决这个问题，研究人员开发出了新方法，他们计划将其应用于具有复杂形状的其它病毒的研究中，他们不得不想出新的方法来解决所面临的问题，研究人员相信，在这项研究中所采用的方法会引起很多研究病毒的科学家们的兴趣，噬菌体疗法是一个活跃的研究领域，研究人员很有可能能在有生之年看到这些疗法的问世。利用病毒来修饰细菌是一个让研究人员非常感兴趣的研究领域，因为细菌是许多自然和工程化过程的核心，包括营养循环、共生、生物修复（利用细菌来清理环境污染物）和食物的生产等，这项研究或将有助于帮助科学家们设计出新型病毒来抵御影响人类、植物和其它生物体的细菌性疾病。

综上，本文研究结果揭示了T5样噬菌体的完整原子结构，或能为其DNA注射过程提供新的见解，并能为工程化噬菌体的设计以及未来机制性的研究提供一定的结构基础和研究思路。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Ayala, R., Moiseenko, A.V., Chen, TH. et al. Nearly complete structure of bacteriophage DT57C reveals architecture of head-to-tail interface and lateral tail fibers. Nat Commun 14, 8205 (2023). doi：10.1038/s41467-023-43824-9