據(jù)Laughlin TG 2022 年8 月3 日[Nature，2022，608（7922）：429-435.]報道，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員利用新技術(shù)對以前沒有認識到的噬菌體生物結(jié)構(gòu)和過程進行了深入研究。 他們對一個尚未充分研究的稱為“巨型噬菌體（jumbo phage）”的家族及其針對細菌的明顯進化的防御措施進行了觀察。

人類并不是病毒的唯一目標。 像人類一樣，細菌也會被許多類型的病毒所感染。 事實上，在數(shù)十億年里，細菌和病毒為了生存進行了一場不間斷的進化軍備競賽，包括無數(shù)的創(chuàng)新和反適應(yīng)。

在這項新的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)巨型噬菌體構(gòu)建了一個屏蔽性的區(qū)室，其作用類似于人類和動物細胞的細胞核，并保護病毒的核心遺傳物質(zhì)，這是復(fù)制和傳播所需要的。 研究人員使用低溫電子顯微鏡和斷層掃描，以細胞成像的最高分辨率，描述了這種類似細胞核的區(qū)室的結(jié)構(gòu)。 論文共同作者、加州大學(xué)圣地亞哥分?；瘜W(xué)與生物化學(xué)系教授Rommie Amaro 和她的同事們隨后應(yīng)用最先進的計算技術(shù)來模擬這種噬菌體結(jié)構(gòu)的功能和靈活性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種區(qū)室允許某些關(guān)鍵成分在里面，與此同時作為一種防御機制來對抗細菌的威脅。 噬菌體衣殼作為一個不斷增長的保護盾牌，但它也必須輸入和輸出一些東西，而且它以精致的精確度和選擇性做到這一點。 這種噬菌體的核狀衣殼由一種蛋白組裝而成——Chimallin。 形成細胞核樣區(qū)室的噬菌體可以更好地用于對抗細菌感染的噬菌體療法，因為它們在進化過程中對多種類型的細菌防御系統(tǒng)具有天然的抵抗力。

隨后，研究人員開發(fā)了噬菌體療法，更多地了解了這種新發(fā)現(xiàn)的噬菌體細胞核樣區(qū)室，因為這似乎使它們更好地攻擊細菌。 現(xiàn)在已經(jīng)知道某些噬菌體有盾牌，可以把它提供給其他噬菌體，制造出“超級噬菌體（super phage）”，從而更好地進行噬菌體治療和克服細菌防御。 這一過程的第一步是了解構(gòu)成這種盾牌的Chimallin 蛋白的結(jié)構(gòu)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，巨型噬菌體上觀察到與真核生物的核孔相似的一個巨大的、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，它以非常獨特的方式將大多數(shù)蛋白拒之門外，但又能專門輸入其他蛋白。 功能是通過建立一堵墻將它與細菌防御系統(tǒng)分開來保護它的基因組免受外界影響。 通過低溫電子顯微鏡，研究人員描述了這種尺寸在微米到原子之間的區(qū)室的特征。 這個區(qū)室是由多個Chimallin 蛋白拷貝組成的，它們排列成一個方形晶格，即漁網(wǎng)狀構(gòu)型，形如蜂窩狀（六邊形）構(gòu)型。