【Nature】重要里程碑和突破！人类首个肠道病毒结构图谱已建立并公布

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作者：Jerry

导读：一类称为crassvirus（也被称为crassvirales、噬菌体、crass样噬菌体）的病毒是人类肠道中最丰富的一组病毒，它们在塑造肠道微生物组、影响健康和疾病方面可以发挥重要作用。在最新的一项研究中，研究人员完成了人类首个称为ΦcrAss001的crassvirus的结构图谱。

日前，来自爱尔兰科克大学学院APC 微生物组研究所和英国约克大学的研究人员首次在实验室中培养了一种crassvirus，并开发出了这种肠道病毒的详细原子级结构。相关研究结果发布在国际知名期刊《Nature》上，论文标题为“Structural atlas of a human gut crassvirus”。

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06019-2

研究背景

01

感染细菌的病毒被认为是地球上最丰富的生物实体。至目前，所有这些病毒都是在可培养的细菌宿主上生长后被识别出来的，但这些病毒可能只占全球实际多样性的5%以下。最近对病毒“暗物质”的分析，通过宏基因组数据的交叉组装成为可能，已经导致发现了许多新病毒，包括crasssphag -人类微生物组中最丰富的病毒-以及新建立的crassviral目的相关病毒。在整个进化过程中，这些病毒与人类有着密切的联系。

病毒ΦcrAss001(克希舒氏初级病毒)是第一个从人类粪便样本中纯培养分离出的该目的代表。在这里，研究人员使用冷冻电子显微镜(cryo-EM)对ΦcrAss001进行了表征，使构成病毒粒子的约1,440个蛋白质亚基能够重新构建结构并阐明功能，从而在尾部远端识别出新的“粗褶”。该结构揭示了一种机制，通过这种机制，大量病毒编码的货物蛋白(总分子质量约为5.5 MDa)可以储存在衣壳和尾部。序列分析揭示了整个病毒目病毒粒子蛋白的保存程度，为该病毒目提供了结构-功能图谱。

研究过程

02

研究人员利用电子显微镜数据进行单粒子三维重建，确定了ΦcrAss001病毒粒子的结构。重建的分辨率可以为构成病毒粒子的大多数蛋白质建立原子模型。病毒粒子具有一条从二十面体衣壳延伸约44纳米的短而不可收缩的尾巴。在衣壳内部，双链DNA (dsDNA)以左旋超盘绕的方式包裹，并在高密度下形成六边形的紧密包裹。此外，重构揭示了所有类病毒共有的结构标志蛋白，序列分析使得在该病毒序列中最广泛保守的病毒粒子蛋白得以定位。特别是，在目前已知的病毒蛋白结构中，没有检测到衣壳辅助蛋白和尾口蛋白的同源物。

衣壳的二十面体重建，其分辨率为3.01 Å，外径约为88 nm。衣壳的三角数(T)为9，其中一个不对称单元包括9个拷贝的主要衣壳蛋白(MCP) gp32、9个拷贝的衣壳辅助蛋白gp36、1个拷贝的三聚体头纤维蛋白(HFT) gp21和2个拷贝的二聚体头纤维蛋白(HFD) gp29。

为了研究这些货物蛋白是如何在病毒粒子内部包装的，尽管在重建中缺乏明确的相应密度，研究人员围绕门户蛋白隧道的轴线对病毒粒子图进行旋转平均。

研究人员还发现了一种新的蛋白折叠，它起到了“看门人”的作用，控制着病毒颗粒的进出。此外，他们如今能够为之前被认为是假设的病毒基因分配功能。

APC 微生物组研究所的研究人员已研究肠道病毒组（gut virome）超过十年，并对这些高度多样化的病毒的了解做出了重大贡献。肠道病毒组包含在胃肠道中，因人类文化、生活方式和地点的不同而有所不同。

ΦcrAss001病毒颗粒的结构和功能分配

研究意义

03

综上，该研究提供了详细的crassviruses结构-功能图谱，该图谱与比较序列分析一起使我们能够对参与病毒颗粒组装和感染的大多数以前未表征的蛋白赋予功能。

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06019-2

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。

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