巨型噬菌體形成類似于人類和動物細胞核的結構

據Laughlin TG 2022 年8 月3 日[Nature，2022，608（7922）：429-435.]報道，美國加州大學圣地亞哥分校的研究人員利用新技術對以前沒有認識到的噬菌體生物結構和過程進行了深入研究。 他們對一個尚未充分研究的稱為“巨型噬菌體（jumbo phage）”的家族及其針對細菌的明顯進化的防御措施進行了觀察。

人類并不是病毒的唯一目標。 像人類一樣，細菌也會被許多類型的病毒所感染。 事實上，在數十億年里，細菌和病毒為了生存進行了一場不間斷的進化軍備競賽，包括無數的創(chuàng)新和反適應。

在這項新的研究中，研究人員發(fā)現巨型噬菌體構建了一個屏蔽性的區(qū)室，其作用類似于人類和動物細胞的細胞核，并保護病毒的核心遺傳物質，這是復制和傳播所需要的。 研究人員使用低溫電子顯微鏡和斷層掃描，以細胞成像的最高分辨率，描述了這種類似細胞核的區(qū)室的結構。 論文共同作者、加州大學圣地亞哥分?；瘜W與生物化學系教授Rommie Amaro 和她的同事們隨后應用最先進的計算技術來模擬這種噬菌體結構的功能和靈活性。結果發(fā)現，這種區(qū)室允許某些關鍵成分在里面，與此同時作為一種防御機制來對抗細菌的威脅。 噬菌體衣殼作為一個不斷增長的保護盾牌，但它也必須輸入和輸出一些東西，而且它以精致的精確度和選擇性做到這一點。 這種噬菌體的核狀衣殼由一種蛋白組裝而成——Chimallin。 形成細胞核樣區(qū)室的噬菌體可以更好地用于對抗細菌感染的噬菌體療法，因為它們在進化過程中對多種類型的細菌防御系統(tǒng)具有天然的抵抗力。

隨后，研究人員開發(fā)了噬菌體療法，更多地了解了這種新發(fā)現的噬菌體細胞核樣區(qū)室，因為這似乎使它們更好地攻擊細菌。 現在已經知道某些噬菌體有盾牌，可以把它提供給其他噬菌體，制造出“超級噬菌體（super phage）”，從而更好地進行噬菌體治療和克服細菌防御。 這一過程的第一步是了解構成這種盾牌的Chimallin 蛋白的結構。

研究人員發(fā)現，巨型噬菌體上觀察到與真核生物的核孔相似的一個巨大的、復雜的結構，它以非常獨特的方式將大多數蛋白拒之門外，但又能專門輸入其他蛋白。 功能是通過建立一堵墻將它與細菌防御系統(tǒng)分開來保護它的基因組免受外界影響。 通過低溫電子顯微鏡，研究人員描述了這種尺寸在微米到原子之間的區(qū)室的特征。 這個區(qū)室是由多個Chimallin 蛋白拷貝組成的，它們排列成一個方形晶格，即漁網狀構型，形如蜂窩狀（六邊形）構型。