《科學》雜誌10月9日發表了一篇關於HIV研究的重要論文。美國弗吉尼亞大學（University of Virginia）和猶他大學（University of Utah）的科學家們合作，構建了一個無細胞的體系，首次讓HIV在體外依次完成逆轉錄和整合。

通過這個無細胞的體系，科學家們得以更好地觀察對於HIV感染而言至關重要的兩個步驟。他們也發現病毒的衣殼（capsid）在這兩個步驟中扮演的全新角色。

作為一種逆轉錄病毒，HIV能將自己的病毒RNA基因組逆轉錄為雙鏈的DNA，並整合入所感染細胞的基因組內。過去幾十年，科學家們通過一系列結構、生化、以及分子病毒學的分析，已經闡明了參與這些步驟的多個酶反應。但由於這些病毒顆粒深藏於細胞質與細胞核中，很難對其進行機制上的研究。這也是為何科學家們想要開發一個“無細胞”的體系。

先前，也有一些體外實驗可以研究逆轉錄，或是整合的步驟，但這些實驗一次只能觀察一個步驟。而在本研究中，科學家們設計和優化的體係可以連續觀察這兩個步驟。

連續觀察HIV-1基因組逆轉錄和整合的體外無細胞體系

具體來看，他們純化了HIV-1病毒體，使用能穿孔的多肽，在病毒包膜上“打”了一些小洞。隨後，他們添加了一些dNTPs，促使逆轉錄的發生。實驗中，科學家們成功觀察到了雙鏈DNA的積累。隨後，科學家們往實驗體系中添加了細胞提取物，重現了病毒DNA整合入外源DNA的過程。測序結果確認病毒DNA整合的方式與預期一致。

有意思的是，在確認哪些要素對於病毒的逆轉錄和整合起到關鍵作用的時候，一個意想不到的結果出現在科學家們面前——HIV的衣殼。從結構上看，衣殼是包裹在病毒遺傳物質外的一層保護。但這篇論文發現，衣殼在病毒感染的過程中，起到了更為主動的作用。

HIV的衣殼（黃色和紫色所示）包裹著病毒的RNA（藍色所示）（圖片來源：參考資料[2]；Credit：Janet Iwasa）

通過遺傳學或生物化學的方法，研究人員們發現，如果衣殼變得不穩定，病毒就無法通過逆轉錄來複製自己的遺傳物質。這也是科學家們首次直接表明，衣殼是HIV感染的重要元件。

俗話說眼見為實。為了看清衣殼如何參與到了HIV感染的過程，研究人員們使用冷凍電鏡技術，看到在逆轉錄的過程中，衣殼大部分都保持完整。在逆轉錄發生的8-10個小時後，研究人員們依舊可以觀察到大型的完整衣殼結構，且病毒的核酸從衣殼的網狀晶格結構中排出。這一時間段恰好是逆轉錄產物積聚到峰值，發生整合的時間。

冷凍電鏡和分子建模技術讓我們有機會以前所未有的細節看清病毒（圖片來源：參考資料[2]；Credit：Owen Pornillos， Barbie Ganser-Pornillos）

“這和教科書上寫的不一樣，”本研究的通訊作者之一Wesley I。Sundquist教授說道，“我們的數據顯示病毒的衣殼在支持有效的逆轉錄方面，扮演了主動且不可或缺的角色。”

研究人員們指出，這項研究在無細胞的體系中重塑了HIV的逆轉錄和整合，並表明病毒的衣殼在其中起到了重要的作用。與先前的理解不同，它不僅能保護病毒基因組，讓病毒跨越細胞質，進入細胞核，接近整合位點，它還是逆轉錄過程的關鍵。

對於針對衣殼蛋白的在研HIV藥物來說，這項研究表明它們可能起效。而這個無細胞體系的建立，也有助於未來對HIV感染的關鍵步驟進行更詳盡的研究，找到阻止HIV的全新方法。