最近，猴痘病毒 Mpox 的再次出现和爆发使痘病毒再次成为公共卫生威胁，同时也凸显了痘病毒核心知识的重要空白。现在，奥地利科技研究所（ISTA）的研究小组通过将各种冷冻电镜技术与分子建模相结合，揭开了痘病毒核心结构的神秘面纱。
痘病毒核心蛋白 A10 的结构。三聚体的三个亚基（颜色不同）表示为模拟低温电子显微镜表面。每个亚基的低温电子显微镜表面越来越清晰可见。图片来源：© Jesse Hansen
这些研究成果发表在《自然-结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）杂志上，有助于未来针对痘病毒核心的治疗研究。
天花病毒是最臭名昭著的痘病毒，也是危害人类最致命的病毒之一，它因引发天花而造成严重破坏，直到 1980 年才被根除。之所以能成功根除，得益于使用另一种牛痘病毒开展的广泛疫苗接种活动。2022-2023 年猴痘病毒的再次出现和爆发再次提醒我们，病毒总会想方设法重返公共卫生威胁的前沿。重要的是，这凸显了有关痘病毒的基本问题，而这些问题至今仍未得到解答。
其中一个根本性的问题正是问题的核心所在："我们知道，痘病毒要具有感染性，其病毒核心必须正确形成。但这个痘病毒核心是由什么组成的，它的各个组成部分又是如何结合在一起并发挥作用的呢？"该研究的通讯作者、国际科学与技术协会助理教授弗洛里安-舒尔问道。
舒尔和他的团队现在找到了缺失的环节：一种名为 A10 的蛋白质。有趣的是，A10 是所有临床相关痘病毒的共同蛋白。
此外，研究人员还发现，A10 是痘病毒核心的主要组成部分之一。这些知识有助于今后针对痘病毒核心的疗法研究。
整个 Vaccinia 病毒的冷冻电子断层扫描图。病毒和核心的侧视图。核心内壁呈粉红色，病毒 DNA 呈绿色。图片来源：© Julia Datler
病毒核心是所有传染性痘病毒共有的因子之一。"该研究的共同第一作者之一、国际科学与技术学院博士生朱莉娅-达特勒（Julia Datler）说："以前的病毒学、生物化学和遗传学实验提出了痘病毒的几种候选核心蛋白，但没有实验得出的结构。"
因此，研究小组首先利用现在著名的基于人工智能的分子建模工具 AlphaFold 对主要候选核心蛋白质模型进行了计算预测。与此同时，Datler 利用她的病毒学背景和舒尔小组的主要专业技术：低温电子显微镜（简称低温电子显微镜），为项目奠定了生化和结构基础。
整个 Vaccinia 病毒的冷冻电子断层扫描图。病毒和核心的俯视图。核心内壁呈粉红色，病毒 DNA 呈绿色。图片来源：© Julia Datler
"我们将当今最先进的低温电子显微镜技术与 AlphaFold 分子建模技术相结合。这让我们第一次看到了痘病毒核心的详细全貌--病毒内部的'保险箱'或'生物反应器'，它包裹着病毒基因组，并将其释放到受感染的细胞中，"Schur 说。
这项研究的共同第一作者、博士后杰西-汉森（Jesse Hansen）说："这有点像一场赌博，但我们最终还是找到了研究这一复杂问题的正确技术组合。"
ISTA 助理教授 Florian Schur（左）与共同第一作者 Julia Datler 和 Jesse Hansen。图片来源：© ISTA
国际科学与技术协会的研究人员从各种可能的角度，对"活"的 Vaccinia 病毒成熟病毒和纯化的痘病毒核心进行了研究。
Datler说："我们将'经典'的单粒子低温电子显微镜、低温电子断层扫描、子图平均和AlphaFold分析结合起来，获得了痘病毒核心的整体视图。利用低温电子断层扫描技术，研究人员可以在逐渐倾斜样本的同时获取图像，从而重建与整个病毒一样大的生物样本的三维体积。"
"这就像是对病毒进行 CT 扫描。低温电子断层扫描是我们实验室的'专长'，它使我们能够获得整个病毒、病毒核心和内部的纳米级分辨率。"
此外，研究人员还能将 AlphaFold 模型像拼图一样拼入观察到的形状中，并确定构成痘病毒核心的分子。其中，候选核心蛋白 A10 脱颖而出，成为主要成分之一。Datler说："我们发现，A10定义了痘病毒核心的关键结构元素。"
这些发现是解读过去几十年中产生的结构和病毒学数据的重要资源。
研究报告的作者在 ISTA。从左至右Florian Schur、Victor-Valentin Hodirnau、Lukas Bauer、Julia Datler、Jesse Hansen、Andreas Thader、Alois Schlögl。图片来源：© ISTA
获得这些发现的道路并不平坦。"我们需要从一开始就找到自己的道路，"Datler 说。
Datler 利用她在生物化学、病毒学和结构生物学方面的专业知识，分离、繁殖和纯化了 Vaccinia 病毒样本，并制定了纯化完整病毒核心的方案，同时优化了这些样本的结构研究。"从结构上讲，研究这些病毒核心极其困难。但幸运的是，我们的毅力和乐观精神得到了回报。"
ISTA 的研究人员坚信，他们的发现可以为未来针对痘病毒核心的疗法提供一个知识平台。
"例如，我们可以考虑使用药物来阻止病毒核心组装，甚至在感染过程中分解和释放病毒DNA。"舒尔总结说："归根结底，这里所做的病毒基础研究能让我们更好地应对未来可能爆发的病毒。"
编译来源：ScitechDaily