最近 Mpox 的重新出现和爆发使痘病毒再次成为公共卫生威胁，凸显了其核心的重要知识差距。现在，来自奥地利科学技术研究所 (ISTA) 的一组研究人员通过将各种冷冻电子显微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。该研究结果发表在《自然结构与分子生物学》上，可以促进未来针对痘病毒核心的疗法的研究。
天花病毒是最臭名昭著的痘病毒，也是困扰人类的最致命的病毒之一，它会引起天花，造成严重破坏，直到 1980 年才被根除。由于使用了另一种痘病毒（恰如其名的牛痘病毒）进行了广泛的疫苗接种活动，成功根除天花。2022-2023年Mpox病毒的重新出现和爆发再次提醒我们，病毒会想方设法重新成为公共卫生威胁的最前沿。重要的是，这凸显了有关痘病毒的基本问题至今仍未得到解答。
一个这样的基本问题，毫不夸张地说，是问题的核心：“我们知道，痘病毒要具有感染性，其病毒核心必须正确形成。但是，这个痘病毒核心是由什么构成的，其各个成分是如何产生的？”在一起并发挥作用？” ISTA 助理教授、该研究的通讯作者 Florian Schur 问道。
Schur 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 对于所有临床相关痘病毒来说都是常见的。此外，研究人员发现 A10 是痘病毒核心的主要构建模块之一。这些知识可能有助于未来针对痘病毒核心的治疗研究。
“当今最先进的冷冻电镜技术”
病毒核心是所有传染性痘病毒形式的共同因素之一。
先前的病毒学、生物化学和遗传学实验提出了痘病毒的几种核心候选蛋白，但没有可用的实验衍生结构。”
Julia Datler，ISTA 博士生，该研究的共同第一作者之一
因此，该团队首先使用现在著名的基于人工智能的分子建模工具 AlphaFold 对主要核心候选蛋白的模型进行计算预测。与此同时，Datler 凭借她的病毒学背景和 Schur 团队的主要专业知识：低温电子显微镜（简称 Cryo-EM），为该项目奠定了生化和结构基础。“我们将当今许多最先进的冷冻电镜技术与 AlphaFold 分子模型相结合。这第一次为我们提供了痘病毒核心的详细整体视图——病毒内部的‘安全’或‘生物反应器’。病毒基因组并将其释放到受感染的细胞中，”舒尔说。“这有点像一场赌博，但我们最终设法找到了正确的技术组合来研究这个复杂的问题，”该研究的共同第一作者、博士后杰西·汉森 (Jesse Hansen) 说，他在各种结构生物学技术和图像处理方法方面拥有丰富的专业知识。对于该项目至关重要。
痘病毒的全球 3D 视图
ISTA 研究人员从各个可能的角度检查了“活”牛痘病毒成熟病毒体和纯化的痘病毒核心——毫不夸张地说。“我们结合了‘经典’单粒子冷冻电镜、冷冻电子断层扫描、亚断层扫描平均和 AlphaFold 分析，以获得痘病毒核心的整体视图，”Datler 说。通过冷冻电子断层扫描，研究人员可以通过在逐渐倾斜样品的同时获取图像来重建与整个病毒一样大的生物样品的 3D 体积。“这就像对病毒进行 CT 扫描，”汉森说。“冷冻电子断层扫描是我们实验室的‘专长’，使我们能够获得整个病毒、其核心和内部的纳米级分辨率，”舒尔说。此外，研究人员可以将 AlphaFold 模型像拼图一样放入观察到的形状中，并识别构成痘病毒核心的分子。其中，核心候选蛋白A10脱颖而出，成为主要成分之一。“我们发现 A10 定义了痘病毒核心的关键结构元件，”Datler 说。舒尔补充道：“这些发现是解释过去几十年产生的结构和病毒学数据的重要资源。”
揭示痘病毒核心的崎岖之路
获得这些发现的途径几乎是直截了当的。“我们需要从一开始就找到自己的道路，”达特勒说。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、繁殖和纯化了牛痘病毒样本，并建立了纯化完整病毒核心的方案，同时优化了这些样本以进行结构研究。“从结构上来说，研究这些病毒核心非常困难。但幸运的是，我们的坚持和乐观得到了回报，”汉森说。
ISTA 研究人员坚信，他们的发现可以为未来寻求针对痘病毒核心的疗法提供知识平台。“例如，人们可以考虑使用药物来阻止核心组装，甚至在感染期间分解和释放病毒 DNA。最终，正如这里所做的那样，基础病毒研究使我们能够更好地应对未来可能出现的病毒爆发。”舒尔总结道。
