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麻疹、腮腺炎、流感和RSV病毒的原子结构

麻疹、腮腺炎、流感和RSV病毒的原子结构

美国西北大学的研究人员首次确定了副粘病毒关键复合物的三维原子结构。副粘病毒是一类病毒,包括麻疹、腮腺炎、人类副流感病毒和呼吸道合胞病毒(RSV)。

这些信息可以帮助其他人设计和开发针对这些病毒以及冠状病毒的抗病毒药物,冠状病毒的功能与副粘病毒类似。

西北大学的罗伯特·兰姆是这项研究的负责人之一。“传统上,你必须随机开发药物,并希望你能达到目标,但这并不经常发生。”

为了找到这种独特的结构,研究人员使用了低温电子显微镜(cryo-EM)。这项相对较新的技术使研究人员能够仔细观察分子内部,从而确定蛋白质的三维形状。蛋白质的三维形状通常比人类头发的宽度小几千倍。在使用低温电子显微镜之前,研究人员主要使用x射线晶体学,这种方法无法获得这种酶的高分辨率图像。这种酶被称为聚合酶,它组装RNA分子。

“晶体学只对非常有序和有组织的蛋白质起作用,”西北大学的Yuan He说,他是这项研究的负责人之一。“病毒聚合酶复合物太大,无法结晶,也不均匀。”

这项研究将于2月17日发表在《美国国家科学院院刊》上。

兰姆是西北大学温伯格文理学院分子生物科学肯尼斯·f·伯吉斯教授,霍华德·休斯医学研究所研究员。袁贺,温伯格分子生物学助理教授。

虽然第一例记录在案的腮腺炎病例发生在5世纪,麻疹病例发生在9世纪,但直到最近,研究人员才有了表征其原子结构的设备。三位生物物理学家因开发低温电子显微镜获得了2017年诺贝尔化学奖,最终为兰姆和他打开了大门。

低温电子显微镜的工作原理是在一个瞬间冻结的样品上发射出一束电子来拍摄许多二维图像。在这项研究中,他和他的团队捕获了几十万张人类副流感病毒5聚合酶样本的图片。然后,研究小组使用计算算法来重建三维图像。

得到的图像是一个不规则的圆形球状体,长尾由四个磷蛋白(或含磷蛋白)组成。这种结构包含2000多种氨基酸和5种蛋白质。

兰姆说:“部分图像在意料之中。但其中有一部分是惊喜。其中两种蛋白质是全新的。他们以前从未被人见过。”

另一个惊喜是:研究小组发现这种病毒使用相同的蛋白质在基因组复制和转录之间进行切换。

“这台机器有双重功能,”他说。“它可以用一种酶完成两种工作。这种病毒的基因组如此之小,这使得它具有规模经济效益。”

兰姆和他希望这项工作可以帮助其他人设计和开发治疗麻疹和腮腺炎等疾病的新药,这些疾病在过去几年里曾暴发过。

兰姆说:“很多人不想接种疫苗,他们正在染上这种疾病。”“对于接种了疫苗的人来说,疫苗仍然需要三到四周才能生效。我们需要更多的抗病毒药物,这样被感染的人就可以立即得到治疗。”

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