巨型噬菌体形成类似于人类和动物细胞核的结构

据Laughlin TG 2022 年8 月3 日[Nature，2022，608（7922）：429-435.]报道，美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员利用新技术对以前没有认识到的噬菌体生物结构和过程进行了深入研究。 他们对一个尚未充分研究的称为“巨型噬菌体（jumbo phage）”的家族及其针对细菌的明显进化的防御措施进行了观察。

人类并不是病毒的唯一目标。 像人类一样，细菌也会被许多类型的病毒所感染。 事实上，在数十亿年里，细菌和病毒为了生存进行了一场不间断的进化军备竞赛，包括无数的创新和反适应。

在这项新的研究中，研究人员发现巨型噬菌体构建了一个屏蔽性的区室，其作用类似于人类和动物细胞的细胞核，并保护病毒的核心遗传物质，这是复制和传播所需要的。 研究人员使用低温电子显微镜和断层扫描，以细胞成像的最高分辨率，描述了这种类似细胞核的区室的结构。 论文共同作者、加州大学圣地亚哥分校化学与生物化学系教授Rommie Amaro 和她的同事们随后应用最先进的计算技术来模拟这种噬菌体结构的功能和灵活性。结果发现，这种区室允许某些关键成分在里面，与此同时作为一种防御机制来对抗细菌的威胁。 噬菌体衣壳作为一个不断增长的保护盾牌，但它也必须输入和输出一些东西，而且它以精致的精确度和选择性做到这一点。 这种噬菌体的核状衣壳由一种蛋白组装而成——Chimallin。 形成细胞核样区室的噬菌体可以更好地用于对抗细菌感染的噬菌体疗法，因为它们在进化过程中对多种类型的细菌防御系统具有天然的抵抗力。

随后，研究人员开发了噬菌体疗法，更多地了解了这种新发现的噬菌体细胞核样区室，因为这似乎使它们更好地攻击细菌。 现在已经知道某些噬菌体有盾牌，可以把它提供给其他噬菌体，制造出“超级噬菌体（super phage）”，从而更好地进行噬菌体治疗和克服细菌防御。 这一过程的第一步是了解构成这种盾牌的Chimallin 蛋白的结构。

研究人员发现，巨型噬菌体上观察到与真核生物的核孔相似的一个巨大的、复杂的结构，它以非常独特的方式将大多数蛋白拒之门外，但又能专门输入其他蛋白。 功能是通过建立一堵墙将它与细菌防御系统分开来保护它的基因组免受外界影响。 通过低温电子显微镜，研究人员描述了这种尺寸在微米到原子之间的区室的特征。 这个区室是由多个Chimallin 蛋白拷贝组成的，它们排列成一个方形晶格，即渔网状构型，形如蜂窝状（六边形）构型。