一项新技术开发的加州大学洛杉矶分校的加州纳米系统研究所的研究人员已经允许他们成为第一个科学家清楚地看到复杂的机械负责DNA压缩成小室内壳,或衣壳,单纯疱疹病毒1型,或1型单纯疱疹病毒,病毒负责导致唇疱疹。
这一进展可能有助于继续开发改进的抗病毒疗法药物不仅用于治疗冷疮，而且用于治疗由疱疹病毒家族中的其他病毒引起的癌症和出生缺陷它们经常针对病毒DNA的包装过程。
该小组的主要成就是开发和使用了两种图像处理技术对称松弛和序列局部分类这使得研究人员能够通过低温电子显微镜制作出高度精细的HSV-1病毒颗粒(或病毒粒子)的三维图像。这些方法使科学家们能够看到HSV-1病毒独特的结构。
一篇关于这项工作的论文发表在《自然》杂志上。
“病毒往往高度对称，”该研究的第一作者之一、中国科技大学洛杉矶分校访问研究生刘云涛说。“传统的三维重建技术利用这种对称性来可视化病毒，但缺点是你看不到偏离这种对称性的结构。令我们惊讶的是，我们的特殊方法使我们能够看到HSV-1病毒粒子和大部分病毒DNA基因组的独特结构。”
该研究的另一位共同第一作者是乔纳森·吉(Jonathan Jih)，他于2013年毕业于加州大学洛杉矶分校(UCLA)，最近成立了一家公司，专门研究用低温电子显微镜(简称深冷显微镜)观察结构的原子模型。
“疱疹病毒的DNA包装过程非常吸引人，因为它是由一个纳米级的马达驱动的，这个马达能在难以置信的压力下泵出充满DNA的病毒衣壳，压力可达数十个大气压。”》说。标准大气压是地球大气在海平面上所施加的气压，约为每平方英寸14.7磅。(作比较，海平面以下300英尺的压力哪个深度是休闲潜水者的三倍是10大气压)。
病毒粒子内部的高压使病毒有可能在病毒感染期间将其DNA注入人体细胞。
本研究中使用的特殊方法产生了迄今为止最高分辨率的HSV-1病毒-顶部三维重建称为门户顶点区域-这是病毒DNA进入衣壳的地方。
研究人员成功地将这一区域的许多部分映射到单个原子的水平，让他们对分子相互作用有了详细的了解，而这些分子相互作用长期以来一直是病毒学家非常感兴趣的领域。
例如，研究人员确定了一种“软木塞”式的门静脉盖结构。高压衣壳中的病毒基因组，以及称为“触手螺旋”的结构，从门脉复合体向门脉帽和基因组封装马达的位置延伸。
“尽管非常重要，但这个DNA包装过程的细节之前并不为人所知，这主要是因为很难以足够的分辨率观察到病毒的独特成分，”加州大学洛杉矶分校纳米系统研究所纳米机械电子成像中心主任、微生物学、免疫学和分子遗传学教授周宏说。“这项工作代表了对HSV-1病毒中门静脉顶点结构的首次详细研究，以及其组成门静脉复合体的第一个原子模型。”
这项研究部分得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的资助。刘获得了国家重点研发项目的资助，Jih获得了国家科学基金的资助。加州大学洛杉矶分校纳米机械电子成像中心的仪器获得了美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会的资助。
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