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巨型病毒是如何释放DNA物质感染细胞的 [复制链接]

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来源:新浪科技

图中显微镜呈现图邦病*打开星门感染一只阿米巴原虫。

新浪科技讯北京时间6月15日消息,据国外媒体报道,目前,科学家结合多项技术研究巨型病*如何释放它们的DNA,渗透并感染细胞组织。

巨型病*是指比普遍感冒病*体型大10倍以上的病*,它们会渗透到细胞中,通过一种叫做“星门(stargate)”的特殊组织释放自己的DNA。现在最新详细的图像揭晓了巨型病*星门如何打开,以及实现病*感染细胞组织的过程。

病*无论大小,都缺乏复制其DNA所需的机制,病*微生物本质上就是一卷卷遗传物质塞入一个密封衣壳中,为了生存下来,病*必须潜入宿主细胞,破坏其内部机制,并建立一个病*工厂生产新的病*。巨型病*有一个特殊的感染通道——星门。

星门的外型像长有5条腿的伸展海星,它位于病*表面,在其生命周期大部分时间都处于封闭状态。一旦病*进入宿主细胞,病*星门的每条腿都会“解压”,使得病*遗传物质通过星门释放出来。目前,该项研究报告发表在5月8日出版的《细胞》杂志上,最新研究表明,病*星门开启是对酸度、盐度和高温环境条件的反应。

神秘病*体积比普通感冒病*大10倍

科学家是近些年才开始了解这些巨型病*,据《科学》杂志报道,首次描述巨型病*是年。在年发表的研究报告中,巨型病*是从20世纪90年代初采集的水样中分离出来的,当时科学家未仔细检查这些病*的遗传密码。在收集的时候,他们还无法肯定它们一定是病*,因为它们的体积很大,其直径超过纳米,比普通的感冒病*大10倍。

最终在科学家发现它们10年之后才确定这是巨型病*,当鉴别技术成熟后,研究人员采集分析该病*样本,发现它们缺乏核糖核酸RNA,这是一种关键分子,允许细菌构建自己的蛋白质,而病*则无法独自完成。

由于最初发现的巨型病*是在西伯利亚融化的永久冻土层、南极海洋深处以及高碱性湖泊等极端环境,因此科学家发现这些病*多数情况下是感染阿米巴原虫和浮游生物,但是实验室研究表明它们能够感染动物细胞,包括啮齿类动物和人类细胞。但迄今并没有相关证据表明巨型病*与人类疾病存在直接联系。

例如外型像20面骰子的巨型病*,其中包括:拟菌病*、南极病*、桑巴病*和图邦病*(Tupanvirus)。这些病*的结构和外壳非常复杂,在病*领域中未曾发现,病*表面的星门组织尤其吸引科学家,因为它的结构非常漂亮,并且呈对称结构,之前未发现较小病*存在此类结构。但在此之前如何刺激巨型病*打开星门仍是一个未解谜团。

打开星门

研究小组发现有3种情况导致了巨型病*的星门开启:低pH值、高盐浓度和摄氏度以上的高温条件。

在星门打开之前,巨型病*会在一个叫做“吞噬作用”的过程被细胞吞噬,当流感病*等小型病*将它们的脂肪膜和感染细胞融合在一起时,巨型病*的整个外壳被吞噬,从而渗透至细胞中。

一旦进入细胞中,巨型病*就会打开它们的星门,释放出具有传染性的“种子”,这是从质粒载体下载的完整结构,或者说这是病*DNA环状结构,巨型病*将进入细胞质、蛋白质水溶液、或者包含真核细胞器的盐水溶液,该过程将使细胞引发感染。

在之前的研究中,研究人员通过将受感染的细胞切成薄片,并研究其中的成分来分析病*如何感染细胞,除非人们碰巧捕捉到星门开启的“瞬间快照”,否则切片拍摄技术很难识别病*感染细胞的过程。

为了克服这个障碍,研究人员设计了一种策略来触发细胞外巨型病*感染过程,并对该过程的每一阶段进行拍摄成像。

分离出巨型病*之后,研究小组对每个病*样本进行不同的化学分析和环境处理,试图模拟可能在细胞内发生感染的条件。例如:病*被细胞吞噬后,它们会位于一个叫做液泡的细胞膜泡,液泡呈酸性(低pH值)。

之后研究小组将处理后的巨型病*放置在低温电子显微镜下观察,该显微镜通过样本传输负电荷粒子束来捕捉原子分辨率图像,他们还使用扫描电子显微镜对样本进行扫描,从而获得病*表面的详细图像。

研究小组发现有3种情况导致了巨型病*的星门开启:低pH值、高盐浓度和摄氏度以上的高温条件。

在隔离状态下,低pH值或者高盐浓度条件能促使巨型病*开启星门,但并未处于完全打开状态。极高温条件可促使星门完全开启,但在细胞真实生存条件下不太可能达到沸点温度,更有可能的是,高温条件模拟了宿主环境中发生的其他影响,例如:某种特定酶的存在。

在许多情况下,巨型病*会拒绝打开它们的星门,然而,一旦研究人员掌握了“正确钥匙”,星门就会被完美地打开,这就像一粒坚硬的种子在水中发芽一样。在之前的实验室工作中,我们预测低pH值和高盐浓度溶液条件下会导致星门打开。

仍有许多谜团未揭晓

通过技术方式开启星门之后,研究小组继续研究蛋白质和遗传物质如何从病*中释放出来,他们特别

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