疫苗的正确打开方式：将病毒重新分类

本文来自微信公众号：生物探索（ID：biodiscover），作者：徐悦，头图来自：东方IC

当病毒入侵时，我们的身体会开启防御模式，但是一味死守并不是上策。于是我们研发出疫苗这一提前预防措施。但是接种疫苗并不意味着有了十分的保证。

新的研究表明，从病毒的结构来看，人们对病毒的认知方式需要重新调整，因为实际上病毒的结构模式比我们以前了解的要复杂得多。这些发现可能会对病毒的分类、形成、进化和感染宿主以及确定针对病毒设计疫苗的方法的策略产生重大影响。

研究结果发表在《Nature Communications》杂志上。研究表明，属于相同结构谱系的病毒基于其所组成的蛋白质，采用一致的二十面体衣壳布局，提供了一种新方法研究病毒的进化。

DOI:org/10.1038/s41467-019-12367-3

病毒新结构受建筑的启发

自20世纪60年代以来，病毒衣壳被结构生物学家Donald Caspar和生物物理学家Aaron Klug采用几何框架对病毒进行分类，他们的灵感来自著名建筑师R. Buckminster Fuller设计的测地线圆顶。

然而，随着分子成像技术的进步，包括疱疹病毒和寨卡病毒在内的越来越多的三维病毒衣壳重建已经从这个经典的几何框架中脱离出来。

科学家们开始获取病毒的高分辨率图像。他们发现了病毒外壳的详细结构，这是一个由同一蛋白质的多个副本组成的外层保护层，保护病毒的遗传物质。大多数病毒的衣壳是典型的准球形，并显示二十面体对称，像一个20面骰子。

进化相关病毒感染细菌和人类，采用新建立的二十面体衣壳蛋白布局

衣壳是病毒的保护层，当科学家发现衣壳的结构时，他们提出衣壳有不同的大小、携带不同数量的基因组，因此病毒能够以不同的方式感染宿主。在设计针对病毒的疫苗或者药物时，科学家可以考虑它们不同的结构形状来提高疗效。

圣地亚哥州立大学的理论生物物理学家Antoni Luque和英国约克大学的数学生物学家Reidun Twarock系统研究后，得出结论：许多病毒在60年来基本上已经被错误分类，包括常见的病毒，例如单纯疱疹病毒和寨卡病毒。

病毒也是一个严谨的数学家

尽管有来自低温电子显微镜的结构图像，但是研究人员并没有对不同病毒结构进行数学描述。

Luque说：“我们发现了六种新的蛋白质组成方式，这些蛋白质可以组成二十面体衣壳。因此许多病毒不仅仅采用两种广为人知的衣壳结构。现在至少有八种方法可以设计其二十面体衣壳。”研究人员利用准等价原理的一般化来观察蛋白质如何包裹二十面体衣壳。

生物技术应用

结构生物学家可以获取这些信息，并对病毒的结构进行重新分类，这将有助于揭示不同病毒之间的分子和进化关系。

它还将为纳米技术和生物技术应用设计新的分子容器提供指导，并将帮助科学家识别针对衣壳中蛋白质组装的特定策略。这最终可能导致开发抗病毒疫苗的更系统方法。

Luque说:“我们可以利用这一发现来针对衣壳的组装和稳定性，防止病毒在感染宿主细胞时形成，或者在病毒形成后将其分裂。这将有助于鉴定具有相同二十面体布局的病毒的抗病毒靶点。”

疱疹病毒结构 图片来源：约克大学Reidun Twarock教授

这个新框架可容纳以前异常的病毒，提供病毒衣壳结构的新预测，并确定了在遥远的进化相关病毒中常见的几何模式，这种病毒会感染从人到细菌的所有生物。

Twarock说：“新的蓝图还为病毒进化提供了一个新的视角，提出了新的途径，在进化的时间尺度上，更大、更复杂的病毒可能是从简单病毒进化而来的。”

参考资料：

[1] Why viruses like Herpes and Zika will need to be reclassified, and its biotech impact

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