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专家首次揭示病毒内部三维结构

专家首次揭示病毒内部三维结构

  自人类对疾病的认识进入后基因组时代以来,科学家一直试图对病毒的内部三维结构进行测定,这一工作近日被两位中国科学家完成。相关成果9月18日在线发表于《科学》。

  湖南师范大学物理与信息科学学院、量子效应及其应用协同创新中心教授刘红荣与清华大学生命科学学院副研究员程凌鹏合作,提出了一种基于二维电子显微图像重构对称失配生物大分子三维结构的新方法,使对病毒的观察视角第一次从“衣壳”真正深入到了内部,并首次揭示了病毒内部基因组及其聚合酶的三维结构,否定了过去认为该类型病毒的内部基因组应呈线轴状排列的主流观点。

  病毒三维结构研究对人类健康、疾病防控、药物设计等意义重大。科学家对病毒衣壳结构的研究已有50多年的历史。然而,对于病毒内部的基因组及相关蛋白的三维结构,迄今为止科学家仍然几乎一无所知。

  研究团队提出一种基于二维电子显微图像解析对称失配生物大分子三维结构的新方法,可将具有不同对称性的信息很好地从信噪比极低的电子显微图像中分离出来,并精确地测定其几何关系。运用该方法,他们对一种源自昆虫的双链RNA病毒内部的基因组及其RNA聚合酶的三维结构进行了解析,发现该病毒的内部结构呈现出一种“多层球状”。同时,他们也解析了在基因组转录状态下,病毒内部RNA与其聚合酶之间相互作用的精细构象变化。在此基础上,研究人员还成功构建出了双链RNA病毒在复制和转录过程中内部RNA及其聚合酶的协同工作模型。

  该原创研究不仅首次为生物学家提供了病毒内部基因组及其聚合的三维结构信息,改变了长期以来占据双链RNA病毒研究领域的“病毒衣壳内的基因组呈线轴状排列”的主流观点;同时,还从方法学上开启了研究包括病毒基因组在内的对称失配生物大分子三维结构的大门,将对结构生物学前沿研究产生重要而深远的影响。



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