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在一项新的研究中，来自美国弗吉尼亚大学和法国巴斯德研究所等研究机构的研究人员从里面的水是几乎沸腾的、酸性的炽热火山温泉中发现了纺锤状病毒是如何获得其形状的。这一发现可能会带来新的、更好的药物和疫苗递送方式。相关研究结果于2022年3月22日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Spindle-shaped archaeal viruses evolved from rod-shaped ancestors to package a larger genome”。

虽然绝大多数病毒都是杆状或球形的（比如导致COVID-19的冠状病毒SARS-CoV-2），但科学家们一直对在地球上一些最恶劣的环境中发现的不寻常形式的病毒感到困惑。

这些作者在研究这样的一种病毒时，发现它具有奇怪的特性，使得它能够改变形状。虽然它通常类似于柠檬或纺锤，但是该病毒可以长出尾巴。他们意识到，让它这样做的结构很可能解释了古代杆状病毒如何产生今天观察到的所有纺锤状病毒。

Cell：揭示纺锤状病毒SMV1的非凡变形机制，有望用来递送药物和疫苗

图片来自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.02.019。

论文共同通讯作者、弗吉尼亚大学医学院的Edward H. Egelman说，“我们如今可以理解蛋白如何形成包裹病毒DNA的外壳的一个新原理。这不仅对了解某些病毒是如何进化的有意义，而且有可能被用来递送从药物到疫苗的一切。”

病毒的形状

Egelman和他的同事们正在研究的这种称为SMV1（Sulfolobus monocaudavirus 1）的病毒，它有包围其DNA的蛋白外壳，呈纺锤形或柠檬形。但是，相同蛋白的许多拷贝是如何形成这种形状的，这是近20年来的一个谜题。

Egelman和他的团队利用高科技的低温电镜和先进的图像处理技术，成功揭示了SMV1的奇怪特性。他们发现，由于SMV1是“油腻的”，它包含的7条蛋白链可以相互滑动。在该病毒的身体和尾部都发现了这7条蛋白链，它们使该病毒具有非凡的变形能力。它没有有固定的形状，可以像河豚一样膨胀起来以适应遗传物质。同时，这些蛋白链形成了一道不可逾越的屏障，以防止环绕它们的酸性物质破坏这种病毒内部的DNA。

该病毒对它所感染的单细胞生物是一个可怕的威胁。一旦被感染，宿主生物就会变成相对巨大的工厂，制造出更多的病毒。在大量新的病毒喷发出去之前，这些宿主细胞可以长到原来的20倍大。

根据这些发现，这些作者得出结论，目前的纺锤形或柠檬形病毒很可能是从古代的杆状病毒祖先进化而来的。杆状病毒只能容纳有限的DNA，而让SMV1变形的“油腻”特性会让病毒祖先包装更多的遗传物质—从进化的角度看，这是对病毒有用的特性。

Egelman说，“病毒可能对人类健康构成巨大威胁，正如我们从COVID-19大流行中看到的那样。因此，我们更多地了解病毒是如何进化的，这一点至关重要。但是我们也可以从病毒中学习，并根据在这些非常简单的结构中发现的原理开发新技术。”

参考资料：

Fengbin Wang et al. Spindle-shaped archaeal viruses evolved from rod-shaped ancestors to package a larger genome. Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.02.019.

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