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纳米红外光谱成像揭示包膜病毒入侵宿主细胞前的结构变化

导读: 科学家可利用纳米红外光谱成像技术,揭示如艾滋病病毒(HIV)、埃博拉病毒及流感病毒等有包膜病毒(enveloped viruses)在入侵宿主细胞前进行的关键性结构变化。

据麦姆斯咨询报道,佐治亚州立大学(Georgia State University)与佐治亚大学(University of Georgia)共同领导的一项研究表明:科学家可利用纳米红外光谱成像技术,揭示如艾滋病病毒(HIV)、埃博拉病毒及流感病毒等有包膜病毒(enveloped viruses)在入侵宿主细胞前进行的关键性结构变化。

研究人员发现了一种抗病毒化合物,能有效地阻止流感病毒在低pH值暴露期间进入宿主细胞,低pH值环境是病毒引起感染的最佳条件。这些研究发现已发表于PLoS One期刊,提供了关于包膜病毒如何攻击宿主的重要细节,以及预防这些病毒攻击的可能方法。

包膜病毒是最致命的已知病毒之一。这类病毒具有覆盖其遗传物质的外膜,包膜病毒在入侵宿主细胞时,首先必须要附着在细胞上,然后打开其外膜来释放遗传物质。最初,科学家们认为打开外膜的机制主要由宿主细胞控制。

在这项聚焦于流感病毒的研究中,研究人员探查了病毒在打开外膜并释放其遗传物质时发生的结构变化。该研究在无细胞的模拟细胞环境下进行实验。

当流感病毒感染人体时,它会从细胞外的中性环境进入到细胞内的酸性环境(pH值较低)。研究人员通过降低环境pH值,来模拟细胞环境。在实验中,研究人员将流感病毒粒子暴露于较低pH值环境中,并监测病毒的结构变化。

本研究的作者、佐治亚州立大学化学系教授Ming Luo博士说:“我们发现,只要改变环境的pH值,即使没有细胞,病毒粒子也会破坏外膜并释放遗传物质。由此可以得出,在病毒粒子内部存在着主动机制。一旦病毒粒子发现环境发生了变化,无需宿主细胞膜的帮助,就会释放遗传物质。但前提是病毒必须感受到释放遗传物质的最佳条件,而这个最佳条件就是低pH值环境。”

研究人员利用纳米红外光谱(一种显微成像系统),来观察流感病毒粒子在环境变化时的结构改变。现在已来到佐治亚大学的Yohannes Abate博士,在其尚在佐治亚州立大学期间的研究中,调整了这项成像技术,使其具有新型独特功能,可帮助研究人员研究病毒粒子更丰富的结构细节。

Luo说:“我们其实只观察某个特定的病毒粒子就可以了。但以前,研究者在拍照前并不能选择具体观察哪个病毒粒子。因此,就必须同时观察其中许多病毒粒子,这些病毒粒子都处在不同的阶段。而现在,有了该成像技术,我们可以从开始到结束连续监测一个病毒粒子的变化。因此我们可清晰地了解病毒粒子在无细胞环境下释放遗传物质的每个步骤。”

研究人员还研究出了一种化学物质,这种化学物质是可与流感病毒结合并阻断病毒结构变化的化合物。

Luo说:“这种化合物稳定了病毒粒子,有了它病毒粒子就不会释放遗传物质。如果病毒不释放遗传物质,它就不能感染细胞。这其实就是一种阻止病毒感染的机制。如果我们能让它在人类身上起作用,这可能就会成为阻止病毒感染的良药。”

该研究的共同作者还包括:佐治亚大学的Yohannes Abate博士、Sampath Gamage博士和Marquez Howard博士,以及佐治亚州立大学的Hiroki Makita博士、Brendan Cross博士和Gary Hastings博士。该研究获得了美国国家科学基金会的资助。

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