巨型病毒构建一个屏蔽室像我们的细胞核

人类并不是唯一目标病毒。像我们一样,由许多类型的病毒细菌感染。事实上,在数十亿年,细菌和病毒有从事不间断为生存进化军备竞赛,包括无数的创新和counter-adaptations。

最近,生物医学科学家们称为噬菌体的病毒,增加兴趣或噬菌体,可以感染并杀死有害细菌。噬菌体,地球上最丰富的生物,现在被认为是一个有前途的工具为科学寻求对抗细菌感染抗生素耐药性的海浪不断增加的新疗法。科学家想要解开的秘密噬菌体在冲突与细菌的进化策略。

一组研究人员与各专业在加州大学圣地亚哥校区已经利用新技术提供见解之前未噬菌体生物结构和过程。出版在《自然》杂志上,他们提供了一个前所未有的看着一个超家族被称为“巨型噬菌体”及其显著进化防御细菌。

在他们发现,实验室的科学家伊丽莎白别墅,凯文·科贝特和乔Pogliano发现巨型噬菌体细胞构造一个屏蔽室,类似于人类和动物细胞和细胞核保护病毒核心基因材料需要复制和传播。nucleus-like舱的结构特征研究小组首次使用领先的技术,包括低温电子显微镜和x线断层摄影术在最高分辨率可能细胞成像。

“这是一种不同的compartment-unlike本质上我们见过的任何东西,”维拉说,副教授在加州大学圣地亚哥分校生物科学学院和霍华德·休斯医学研究所研究员。“我们能够描述这compartment-how组装和功能在最基本的级别从每个原子的规模完整的器官。”

化学和生物化学教授Rommie Amaro和她的同事然后应用先进的计算机技术来模拟噬菌体结构的功能和非凡的灵活性。研究人员发现,车厢里允许某些关键组件内部,同时作为防御机制对细菌的威胁。

“这些发现为我们提供一个全新的时代,噬菌体生物学,”维拉说。“壳牌作为不断增长的保护盾还包括导入和导出的一些事情,和它精美的精度和选择性。真是奇怪的生物。”

研究人员发现噬菌体的nucleus-like壳组装从单个蛋白质。鉴于噬菌体防御的作用,他们给这个蛋白质chimallin盾后由古代阿兹特克的勇士。

研究合著者乔Pogliano,分子生物学的教授,一直在研究这些噬菌体超过10年了。他认为nucleus-forming噬菌体可以更好的对细菌感染噬菌体疗法,因为他们进化的自然抗多种细菌的防御系统。

“当我们走向噬菌体疗法的发展,我们需要更多的了解这个新发现噬菌体核,因为它似乎让他们更好地攻击细菌,”Pogliano说。研究人员,包括Pogliano和别墅,将与加州大学圣地亚哥分校的专家合作创新中心的噬菌体应用和治疗,在北美第一个专门的噬菌体治疗中心。“现在我们知道某些噬菌体有盾,我们可以把它给其他噬菌体,让“超级噬菌体”更好地克服细菌噬菌体疗法和防御。这个过程的第一步是理解chimallin蛋白质的结构使得盾,这是这项工作的一个原因是如此重要。”

教授凯文•Corbett的细胞和分子医学部门的一员,增加了生物化学和结构生物学专业研究团队。他描述的结果作为趋同进化的一个例子远亲生物体找到类似的方法来解决问题。

“真核生物中的核孔是一个巨大的、复杂的结构非常独特的方式让大多数蛋白质但专门进口。我们可能看的巨型噬菌体是一个戏剧性的简单方法解决同样的问题,”科比特说。“这是一个令人惊讶的是创意相似溶液但简单保护其基因组与外界建立一堵墙分离细菌的防御。”

Co-first作者托马斯·劳克林生物科学博士后学者,巨型的可视化噬菌体隔间。使用设备和技术资源独特的加州大学圣地亚哥分校,并配合co-first作者Amar深和合作实验室的其他成员,他们描述了舱微米尺度的原子来帮助解读其功能。

劳克林说,他很惊讶发现车厢里形成的多个副本chimallin蛋白质平方晶格排列,或fishnet-like配置。由于蜂窝(六角)配置在本质上是更为常见的,劳克林和团队的其他成员没有预料到这样一个简单的结构底层舱的结构。

劳克林和其他研究人员说他们的发现的巨型噬菌体及其舱导致更多的问题,包括如何处理某些组件内部和外部的壳。

“我们现在知道的原理结构成熟的噬菌体核的隔间,但我们想知道它如何开始组装,”劳克林说。“什么是生源论(或“前传”)在感染的早期阶段吗?它如何开始一次病毒的基因注射到宿主细菌?”

参考:劳克林TG、深,普里查德,et al .体系结构和自组装的巨型噬菌体核壳。自然。8月3日在线发表2022:1-7。doi:10.1038 / s41586 - 022 - 05013 - 4

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