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为什么病毒需要重新分类及其对生物技术的影响

新的研究表明,从结构上看待病毒的方式将需要重新改造,因为它们实际上以比以前理解的更多的模式进行了结构化。这些发现可能会对它们的分类方式,我们对它们如何形成,进化和感染宿主以及确定用于设计针对它们的疫苗的方法的策略产生重大影响。

为什么病毒需要重新分类及其对生物技术的影响

在1950年代和60年代,随着科学家开始获得高分辨率的病毒图像,他们发现了衣壳的详细结构-由同一蛋白的多个副本组成的外部保护层-保护病毒的遗传物质。大多数病毒的衣壳通常为准球形,并显示二十面体对称性,例如20面骰子。

衣壳是保护它们的外壳,随着科学家发现它们的结构,他们提出了衣壳可以具有不同的大小和容纳不同数量的基因组,因此可以不同地感染宿主。

为什么这很重要

在设计针对病毒的药物时,科学家现在可以考虑其不同的结构形状以提高功效。

两位研究病毒结构的研究人员是圣地亚哥州立大学的理论生物物理学家,病毒信息研究所的成员Antoni Luque和英国约克大学的数学生物学家Reidun Twarock,以及约克十字架的成员-系统分析学科中心显示,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Zika。

这是因为尽管有来自冷冻电子显微镜的结构图像,但我们没有对许多不同病毒的体系结构进行数学描述。

我们发现了蛋白质可以组织形成二十面体衣壳壳的六种新方法。因此,许多病毒不仅仅采用两种广为人知的衣壳架构。现在,至少有八种方法可以设计其二十面体衣壳。”

他们使用准等价原理的泛化来观察蛋白质如何包裹二十面体衣壳。

他们的研究将在9月27日星期五发表在《自然通讯》上,该研究还表明,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。

生物技术应用

结构生物学家现在可以获取这些信息,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。

它还将为设计用于纳米技术和生物技术应用的新型分子容器提供指导,并将帮助科学家确定针对衣壳中蛋白质组装的特定策略。这最终可以导致开发抗病毒疫苗的系统化方法。

卢克说:“我们可以利用这一发现来针对衣壳的组装和稳定性,以防止病毒感染宿主细胞时形成病毒,或者在形成病毒后将其分解。” “这可能有助于表征和鉴定共享相同二十面体布局的病毒的抗病毒靶标。”

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人。

Twarock说,新的蓝图还提供了“关于病毒进化的新观点,表明了更大的和更复杂的病毒可能已经在进化的时间尺度上从简单的病毒进化而来的新途径。”

建筑应用

几何形状还可用于建筑物和建筑的新建筑设计中。

自1960年代以来,这些病毒衣壳已使用结构生物学家唐纳德·卡斯帕(Donald Caspar)和生物物理学家亚伦·克鲁格(Aaron Klug)引入的几何框架进行了分类,这些几何框架的灵感来自著名建筑师R. Buckminster Fuller设计的测地线圆顶。但是,随着分子成像技术的发展,越来越多的包括诸如疱疹或寨卡病毒在内的3D病毒衣壳重构已从这种经典的几何框架中消失了。

卢克解释说:“这项研究引入了比经典的Caspar-Klug结构更通用的框架。它基于对衣壳中相互作用的蛋白质形成的局部顶点的保守性。” “这种方法导致发现了六种新型的二十面体衣壳布局,同时从基于Goldberg和测地多面体的Caspar-Klug中恢复了两种经典布局。”

合作与资金

圣地亚哥国立大学的Antoni Luque和约克大学的Reidun Twarock的共同作者于2017年开始进行这项研究。Luque的实验室使用数学和计算模型研究病毒的体系结构和生态学。他正在使用此研究项目中的新框架,目前正在开发方法来研究不同环境中的病毒体系结构,这可能对医学,生态学和进化产生影响。

Twarock自2004年以来一直在开发用于病毒架构的几何模型。她的小组正在开发数学和计算方法,以研究病毒几何学对病毒生命周期和病毒进化机制的影响。

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