Cell：科学家首次证实病毒包装理论

       病毒拥有自己的 DNA ，而且能够适应环境并进行演化，但人们往往并不将其看作是细胞那样的生命体。病毒要繁殖必须先入侵活细胞，将自己的 DNA 注入，并征用细胞中的分子机器。从本质上看，病毒就是一团 DNA （或 RNA）包装在蛋白衣壳中，因此其 DNA 的包装形式非常关键。不过人们对驱动包装过程的分子马达并不了解，更好的理解这些马达，对于抵抗病毒感染至关重要。

       现在，来自美国劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的生物物理学家 Carlos Bustamante 领导的一支研究团队在《细胞》杂志上报告称，他们对病毒包装 DNA 所用的一种分子马达进行了研究，首次证实了三十年前提出的病毒包装理论。

       论文资深作者 Bustamante 表示：“通过研究 Phi 29 病毒的 DNA 包装马达，我们首次向人们展示，马达给 DNA 施加了扭矩。进一步研究显示，这种扭矩是马达协调亚基活性所必需的。我们还发现，随着越来越多的 DNA 装入衣壳，马达会放慢节奏准备终止包装。”

       20 世纪 70 年代科学家们提出， DNA 在病毒衣壳内呈螺旋状，这可能需要 DNA 在包装时相对于衣壳转动。此外，为了维持关键性的静电连接， DNA 也需要相对于马达转动。然而，此前科学家们一直没有找到很好的办法来检验这一理论。

       Phi29 病毒是一种枯草芽胞杆菌噬菌体，其 DNA 包装马达含有三个同轴环。这种马达复合体的催化核心是由五个亚基组成的环形 ATPase。

       论文共同第一作者刘世新（Shixin Liu，音译）表示：“此前我们发现，马达的四个亚基分工合作将 DNA 装入衣壳，剩下那个亚基负责监控，调节 DNA 包装的进程。这项新研究显示，监控亚基还通过旋转 DNA ，维持与 DNA 磷酸骨架的静电连接。”

       Bustamante 是使用光钳和微珠研究单分子和分子马达的领军人物，其光钳病毒包装分析法包括，将 DNA 拴在聚苯乙烯微珠上，然后用激光束作为光钳，对各微珠施加相反的力。他和同事在这项研究中对光钳系统进行了改进，现在他们不仅可以检测拉力和推力，还可以检测扭矩的大小。研究显示，包装马达通过一套复杂的机制进行自我调节，以应对衣壳中越来越强的内部压力。

       研究人员发现，当 DNA 高度填充时， ATP的结合速度出现下调，包装过程出现长时间停顿。研究还显示，在 DNA 包装过程中马达会调整自己的步长和 DNA 旋转量，以确保监控亚基与 DNA 磷酸骨架之间的静电连接。这种协调机制贯穿整个包装过程，在包装速度下降两个数量级的情况下依然得以保持。

       研究人员相信，Phi 29 包装马达的自我协调机制，可能也适用于其他环状马达。刘世新表示： “阐明病毒 DNA 包装的整个过程，我们就能更好的理解病毒的感染机制，进而开发出更有效的治疗药物。当然，这种生物马达的某些特性，应该也会给合成生物学带来新的启示。”