PNAS：温度升高会引发病毒感染

　　研究人员已经在原子水平上绘制出病毒粒子在温度升高时发生的情况。

　　

病毒缺乏自身的新陈代谢和独立复制的能力;它们完全依赖宿主细胞来繁殖。相反，病毒劫持被感染细胞的内部机制，产生新的病毒颗粒，然后释放并传播感染其他细胞。

在大多数情况下，病毒的遗传物质DNA被包裹在一种叫做衣壳的保护性蛋白质外壳中。隆德大学的一个研究小组正在努力了解病毒将其遗传物质从衣壳喷射到细胞中的过程，以及导致病毒DNA释放的原因。这一切都始于2014年发表的一项研究，隆德大学的研究人员观察到，当暴露在37度左右的感染温度下时，病毒的遗传物质似乎会突然发生变化。

“温度越高，病毒的DNA就越坚硬。突然，在感染温度下，发生了一些事情，”隆德大学细胞生物学教授Alex Evilevitch说。“就好像病毒颗粒中没有DNA一样，硬度消失了。”

环境温度的变化会影响病毒DNA的传播吗?这项研究在研究界引起了极大的关注，但详细描述所发生的事情一直是一项挑战，也很耗时。作为一个实验模型，研究人员检查了将噬菌体病毒(攻击细菌的病毒)暴露在温度升高时会发生什么。

“观察病毒颗粒中DNA的外观并不是一蹴而就的。它们的遗传物质非常脆弱，难以成像，而且噬菌体病毒非常小——大约比细菌细胞小十倍。然而，在美国马里兰州的同步加速器研究设施NIST的帮助下，感谢瑞典研究委员会的特别资助，我们最终能够使用中子光来成像噬菌体病毒DNA的结构及其在衣壳内的密度，并看到这些在不同温度下是如何变化的，”Alex Evilevitch解释说。

在目前发表在《PNAS》上的研究中，他们证明，当衣壳打开时，环境温度起着至关重要的作用，“DNA爆发”并进入细胞。细胞被感染，因此噬菌体病毒颗粒可以分裂并扩散到邻近的细菌细胞。           

“我们还观察到，DNA结构的变化与病毒感染宿主细胞的有效性直接相关，”Alex Evilevitch评论道。

研究人员对更多地了解病毒衣壳和DNA如何工作感兴趣，部分原因是为了理解DNA和RNA是如何被包装成如此小的体积的，以及在感染期间如何将其如此迅速地注射到细胞中。

“这让我们对DNA离开病毒进入细胞的速度有了更深入的了解，可能与如何开启和关闭病毒有关——这是开发新型抗病毒药物的基本原则。”这也可能对核酸如何包装用于基因治疗具有重要意义。”

这项研究是否可以解释为体温升高会增加感染传播的风险?

“结果指向了这个方向。当体温上升到37度时，病毒的遗传物质结构和机械特性就会发生变化。我们还看到温度升高会影响病毒传播的速度。然而，到目前为止，我们只在实验室的细胞培养中证明了这一点，未来的研究还需要考虑到影响感染过程的其他因素，比如免疫反应。”

Temperature-induced DNA density transition in phage λ capsid revealed with contrast-matching SANS. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; 120 (45)