登上《細胞》封面！為了生存 這些病毒竟長成了“檸檬”

你心目中的病毒長什么樣？我們所熟悉的病毒，往往或者是近似于球體的正二十面體型（以腺病毒為代表）；或者是煙草花葉病毒這樣的螺旋柱狀。另外，還有一些兼具兩者特性的復合型病毒，例如噬菌體。

不過，這些形態(tài)并不是病毒的全部。在地球上某些環(huán)境極為嚴苛的隱秘角落，科學家找到了更多形態(tài)怪異，能感染古菌的病毒，紡錘狀病毒就是其中之一。這些兩頭尖、中間飽滿，形似一枚枚檸檬的病毒從何而來？

▲在接近沸騰的酸性火山熱液環(huán)境中，紡錘狀病毒與其他形態(tài)病毒的示意圖（圖片來源：Egelman lab at UVA）

近期，由美國弗吉尼亞大學與法國巴斯德研究所領(lǐng)導的團隊在一篇論文中揭開了紡錘狀病毒的演化路徑。作者指出，這些病毒由柱狀病毒演化而來，而形態(tài)的變化給它們帶來了巨大的生存優(yōu)勢。這項研究也被選為最新一期《細胞》雜志的封面文章。

這項研究分析的對象是硫化葉菌單尾病毒1（SMV1），這種病毒的宿主生活在75~90℃的酸性火山熱液中。這些身處幾乎沸騰的極端環(huán)境的病毒，擁有一個神奇的特性：它們紡錘狀身體的一端，長出了一條“尾巴”。研究團隊指出，這個結(jié)構(gòu)很可能解釋了遠古的柱狀病毒如何演化出今天的紡錘形態(tài)。

這項研究借助冷凍電鏡，獲得了SMV1蛋白質(zhì)衣殼的原子結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，一種高度疏水的蛋白很可能在病毒顆粒組裝之前，就已經(jīng)整合到宿主的細胞膜上，并形成7條蛋白質(zhì)鏈，在紡錘狀病毒主體與尾部之間相互滑動。

▲SMV1的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)（圖片來源：參考資料[1]）

正是因為這些蛋白質(zhì)鏈，SMV1不再擁有固定的形狀，它們?nèi)缤与嘁粯樱弘S著螺旋柱狀的直徑發(fā)生變化，病毒的衣殼“膨脹”成接近球形，從而為遺傳物質(zhì)提供了更大的空間。與此同時，這些蛋白質(zhì)鏈組成了一個難以通過的障礙，以避免周圍的酸性物質(zhì)進入并破壞病毒的DNA。

因此，這項研究說明，今天這些紡錘形的病毒很可能是由遠古的柱狀祖先演化而來。這些柱狀病毒包含的DNA非常有限，而蛋白質(zhì)衣殼向紡錘狀的轉(zhuǎn)變，可以讓SMV1相比于其祖先裝下更多遺傳物質(zhì)。從演化的角度來說，可以攜帶更大的基因組，無疑是極其重要的變化。

▲從柱狀病毒轉(zhuǎn)變至紡錘狀病毒的示意圖（圖片來源：參考資料[1]）

注：原文有刪減

參考資料：

[1] Fengbin Wang et al, Spindle-shaped archaeal viruses evolved from rod-shaped ancestors to package a larger genome, Cell (2022). DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.02.019

[2] Shapeshifting volcano virus points to new ways to deliver drugs, vaccines. Retrieved Apr 1st, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/948401