最大的病毒蛋白质文库为研究人员提供了探测新发病原体的新方法

为了防止病毒让我们生病甚至丧命——无论是乙型肝炎的个别病例还是新冠大流行——关键是要了解，它们制造的蛋白质是怎么改变我们的身体、让它们自己得以大量繁殖的。一种新工具拓宽了研究人员研究这些蛋白质的规模，有望加速病毒学的基础发现，推动新疫苗和新疗法的研发，并帮助人类抵御新出现的病原体。

该工具被称为病毒ORFeome，于7月2日发表在《细胞》杂志上的一篇文章中进行了描述，它是同类工具中规模最大的，能够在单次实验中分析数千种病毒蛋白质。它的设计也让没有病毒学背景的生物学家更容易上手使用。

“这个文库让我们看到了病毒是怎么操纵人类细胞的，这种规模以前根本做不到，”资深作者、哈佛医学院和布莱根妇女医院的格雷戈尔·孟德尔遗传学与医学教授斯蒂芬·埃尔利奇说，他的团队领导了该工具的创建。

“我们相信，它让病毒学从过去一次只研究一种病毒，变成了去发现病毒进化出来的共同策略和令人意想不到的新花样，为认识新出现的病毒威胁打下了强有力的新基础，”他说。

该论文展示了团队如何已经利用ORFeome识别出数百种干扰免疫反应的病毒蛋白质。在7月9日发表在《科学》杂志上的第二篇论文中，埃尔利奇及其同事深入探讨了一些新发现——病毒是怎么劫持细胞的“垃圾处理系统”来逃避免疫攻击的。

迄今最大的病毒蛋白质文库

据估计，有近300种病毒能让人生病。但其中大多数——以及它们产生的蛋白质——都没有得到充分研究。科学家们往往只关注这些病毒中的一小部分，通常是因为它们具有医学重要性（如流感）或是了解更大一类病毒的好模型（如狂犬病作为所有弹状病毒的代表）。

ORFeome和其他类似的ORF文库，名字都来自“开放阅读框”，这是编码蛋白质的DNA序列的专业叫法。作者表示，其他团队之前的病毒ORF文库专注于单个病毒或病毒家族，每个大概也就一二百个序列。新的ORFeome包含大约13,000条实际的DNA序列（也就是构建体），编码来自513种不同病毒的约9,000种蛋白质，从安第斯汉坦病毒到埃博拉病毒再到寨卡病毒。

“大多数病毒从未被详细研究过，但进化已经替我们做了无数次实验。这个文库让我们有办法读取整个病毒世界中这些实验的结果，”同时也是霍华德·休斯医学研究所研究员的埃利奇说。

文库中包含的病毒之所以被选中，是因为它们已知会感染人类，或者因为它们是感染动物的近亲病毒，可能成为对人类的威胁。

（ORFeome本身是无害的；它包含的蛋白质无法重建任何原始病毒，也无法自我复制或感染细胞。团队在与一家生物技术公司合作合成DNA序列时，也严格遵守了联邦指南。

“这是一种生物安全的方法，可以单独研究病毒蛋白质，而不用研究整个病毒，”Caleb Glassman说，他是哈佛医学院医学研究员，在布莱根妇女医院的埃利奇实验室工作，也是《细胞》论文的合著者和《科学》论文的第一作者。）

来自另一个团队的新ORF文库，在同一期《细胞》中报道，被称为eORFeome，把该领域往另一个方向推进了一步，包含了来自病毒、细菌和寄生虫的近4,000个序列。

研究人员可以从埃利奇及其同事的病毒ORFeome中选取1个到全部13,000个DNA构建体，并将它们插入细胞培养物中，让每个细胞都收到制造单一病毒蛋白质的指令。然后，研究人员可以调查哪些蛋白质影响细胞功能——比如把细胞伪装起来躲避免疫攻击、破坏代谢或优先进行病毒复制——以及它们是如何做到的。

“一旦有了这个文库，你就可以开始研究病毒如何与各种不同的细胞过程相互作用，”Colin O'Leary说，他是哈佛医学院医学研究员，在布莱根妇女医院的埃利奇实验室工作，也是《细胞》论文的共同第一作者和《科学》论文的合著者。

研究结果可能会为研究人员指明可用于抗击感染的人类或病毒蛋白、基因或过程——无论是通过疫苗还是抗病毒药物来实现——这些蛋白、基因或过程可以被禁用或增强。奥利里表示，如果该工具揭示出多种病毒采用相同的特定策略，这可能有助于开发出能预防多种疾病的疗法。

基因条形码及其他优势

研究团队给每个开放阅读框（ORF）贴上了一个独特的识别标签，叫做基因条形码，使研究人员能够一次性研究全部13,000个开放阅读框，并追踪每一个。

奥利里说：“我们可以把这些序列导入一组细胞中，看看哪些序列能让细胞长得更好或更差，然后在实验结束后通过条形码来识别它们。以前没法用病毒蛋白做这样的基因筛选。”

研究团队将把这个开放阅读框组（ORFeome）免费提供给科学家使用。埃利奇及其同事为其设计了灵活的结构，使研究人员能够将其应用于不同的模型系统和测试类型。

格拉斯曼说：“我们这样设计，是为了让不是病毒学家的生物学家也能用。一个很大的优势是我们拥有一个统一的资源，与常见的实验室工作流程兼容。”

揭示病毒学中未被发现的功能

为了展示该工具的能力，研究团队在三种细胞类型中进行了基因筛选，寻找影响细胞增殖、阻止细胞在表面呈递抗原从而避免触发免疫系统的攻击、或阻断干扰素的作用——干扰素是一种促使邻近细胞增强防御以抵抗感染的物质——的病毒蛋白。

他们发现了700多种病毒蛋白，这些蛋白至少参与了上述一种作用。其中许多蛋白此前从未被研究过。有些虽然已经被研究过，但之前并不知道它们还有这些特定的功能。

奥利里说，研究团队还发现，一些病毒蛋白质的功能无法根据其结构和基因序列来预测。作者表示，这表明，相较于包含通过计算预测具有特定功能的序列的文库，代表实际病毒蛋白质的ORF文库更有价值。

在《科学》杂志的论文中，研究团队专注于识别能激活细胞垃圾清理系统（即泛素蛋白酶体）的病毒蛋白质，该系统负责清除可能阻碍病毒的宿主细胞蛋白质。

“病毒必须行动得非常迅速，以确保细胞来不及发现它们，”格拉斯曼解释道。“它们会接入泛素蛋白酶体系统来降解某些蛋白质，以便能够复制自身并躲避免疫系统。”

格拉斯曼及其同事整理出了一份能够清除宿主蛋白质的病毒蛋白质清单，并记录了它们作用于蛋白酶体的具体位置，以及它们所清除的宿主细胞蛋白质。在此过程中，研究团队发现了病毒采用的新策略。

“它们以多种多样且富有创意的方式利用泛素蛋白酶体系统，同时往往瞄准宿主感知和阻断感染的早期环节，”格拉斯曼说。

例如，他们发现一种由引起肠道疾病的轮状病毒产生的名为NSP1的蛋白质，对宿主基因进行了重新组合，制造出一种在宿主细胞中极为罕见的泛素修饰复合物。

作者表示，揭示病毒所制造或所做的事情中宿主细胞不会做的那些，为设计既能抑制病毒活动又不影响正常功能的药物开辟了新的可能。

团队期待ORFeome有望催生更多发现。随着新病毒出现，可以添加蛋白质——近期的历史已经充分证明了这一点。

当奥利里在哈佛肯尼斯·C·格里芬文理研究生院通过病毒学项目开始攻读博士时，西非正暴发埃博拉疫情，中南美洲则出现了寨卡疫情。

“这让我确信，研究病毒、了解病毒非常重要，”奥利里说。

更多信息：Eric Fujimura等，一种用于从系统层面遗传解析宿主与病原体相互作用的病毒ORFeome文库，Cell（2026）。DOI: 10.1016/j.cell.2026.05.024

Caleb R. Glassman等，全病毒组泛素连接酶发现揭示多种免疫逃逸机制，Science（2026）。DOI: 10.1126/science.aec6299

Tomas Pachano等，系统性发现人类病原体及通路中的病原体效应功能，Cell（2026）。DOI: 10.1016/j.cell.2026.06.017

哈佛医学院供稿