揭開猴痘病毒的秘密：A10在其中的關鍵作用
最近，猴痘病毒Mpox 的再次出現和爆發使痘病毒再次成為公共衛生威脅，同時也凸顯了痘病毒核心知識的重要空白。現在，奧地利科技研究所（ISTA）的研究團隊將各種冷凍電鏡技術與分子建模相結合，揭開了痘病毒核心結構的神秘面紗。
痘病毒核心蛋白A10 的結構。三聚體的三個亞基（顏色不同）表示為模擬低溫電子顯微鏡表面。每個亞基的低溫電子顯微鏡表面越來越清晰可見。圖片來源：© Jesse Hansen
這些研究成果發表在《自然-結構與分子生物學》（Nature Structural & Molecular Biology）期刊上，有助於未來針對痘病毒核心的治療研究。
天花病毒是最惡名昭彰的痘病毒，也是危害人類最致命的病毒之一，它因引發天花而造成嚴重破壞，直到1980 年才被根除。之所以能成功根除，得益於使用另一種牛痘病毒所進行的廣泛疫苗接種活動。2022-2023 年猴痘病毒的再次出現和爆發再次提醒我們，病毒總是會想辦法重返公共衛生威脅的前沿。重要的是，這凸顯了有關痘病毒的基本問題，而這些問題至今仍未得到解答。
其中一個根本性的問題正是問題的核心所在：”我們知道，痘病毒要具有感染性，其病毒核心必須正確形成。但這個痘病毒核心是由什麼組成的，它的各個組成部分又是如何結合在一起並發揮作用的呢？」研究的通訊作者、國際科學與技術協會助理教授弗洛里安-舒爾問道。
舒爾和他的團隊現在找到了缺少的環節：一種名為A10 的蛋白質。有趣的是，A10 是所有臨床相關痘病毒的共同蛋白。
此外，研究人員還發現，A10 是痘病毒核心的主要組成部分之一。這些知識有助於今後針對痘病毒核心的療法研究。
整個Vaccinia 病毒的冷凍電子斷層掃描圖。病毒和核心的側視圖。核心內壁呈粉紅色，病毒DNA 呈綠色。圖片來源：© Julia Datler
病毒核心是所有傳染性痘病毒共有的因子之一。「該研究的共同第一作者之一、國際科學與技術學院博士生朱莉婭-達特勒（Julia Datler）說：”以前的病毒學、生物化學和遺傳學實驗提出了痘病毒的幾種候選核心蛋白，但沒有實驗所得的結構。”
因此，研究小組首先利用現在著名的基於人工智慧的分子建模工具AlphaFold 對主要候選核心蛋白質模型進行了計算預測。同時，Datler 利用她的病毒學背景和舒爾小組的主要專業技術：低溫電子顯微鏡（簡稱低溫電子顯微鏡），為專案奠定了生化和結構基礎。
整個Vaccinia 病毒的冷凍電子斷層掃描圖。病毒和核心的俯視圖。核心內壁呈粉紅色，病毒DNA 呈綠色。圖片來源：© Julia Datler
“我們將當今最先進的低溫電子顯微鏡技術與AlphaFold 分子建模技術相結合。這讓我們第一次看到了痘病毒核心的詳細全貌–病毒內部的’保險箱’或’生物反應器’，它包裹著病毒基因組，並將其釋放到受感染的細胞中，”Schur 說。
這項研究的共同第一作者、博士後傑西-漢森（Jesse Hansen）說：”這有點像一場賭博，但我們最終還是找到了研究這一複雜問題的正確技術組合。”
ISTA 助理教授Florian Schur（左）與共同第一作者Julia Datler 和Jesse Hansen。圖片來源：© ISTA
國際科學與技術協會的研究人員從各種可能的角度，對”活”的Vaccinia 病毒成熟病毒和純化的痘病毒核心進行了研究。
Datler說：「我們將『經典』的單粒子低溫電子顯微鏡、低溫電子斷層掃描、子圖平均和AlphaFold分析結合起來，獲得了痘病毒核心的整體視圖。利用低溫電子斷層掃描技術，研究人員可以在逐漸傾斜樣本的同時獲取影像，從而重建與整個病毒一樣大的生物樣本的三維體積。”
「這就像是對病毒進行CT 掃描。低溫電子斷層掃描是我們實驗室的’專長’，它使我們能夠獲得整個病毒、病毒核心和內部的奈米級分辨率。”
此外，研究人員還能將AlphaFold 模型像拼圖一樣拼入觀察到的形狀中，並確定構成痘病毒核心的分子。其中，候選核心蛋白A10 脫穎而出，成為主要成分之一。Datler說：”我們發現，A10定義了痘病毒核心的關鍵結構元素。”
這些發現是解讀過去幾十年中產生的結構和病毒學資料的重要資源。
研究報告的作者在ISTA。由左至右Florian Schur、Victor-Valentin Hodirnau、Lukas Bauer、Julia Datler、Jesse Hansen、Andreas Thader、Alois Schlögl。圖片來源：© ISTA
獲得這些發現的道路並不平坦。”我們需要從一開始就找到自己的道路，”Datler 說。
Datler 利用她在生物化學、病毒學和結構生物學方面的專業知識，分離、繁殖和純化了Vaccinia 病毒樣本，並製定了純化完整病毒核心的方案，同時優化了這些樣本的結構研究。”從結構上講，研究這些病毒核心極其困難。但幸運的是，我們的毅力和樂觀精神得到了回報。”
ISTA 的研究人員堅信，他們的發現可以為未來針對痘病毒核心的療法提供一個知識平台。
「例如，我們可以考慮使用藥物來阻止病毒核心組裝，甚至在感染過程中分解和釋放病毒DNA。」舒爾總結說：」歸根結底，這裡所做的病毒基礎研究能讓我們更好地應對未來可能爆發的病毒。”
編譯來源：ScitechDaily