格罗宁根大学 病毒蛋白质结构自组装的动力学
白色的六边形标志着生长晶格边缘的六聚体从单个病毒蛋白亚基逐渐形成的位置
信用:沃特鲁斯 病毒的生殖周期需要自我组装、病毒颗粒成熟，以及感染后将遗传物质释放到宿主细胞中
基于物理学的新技术使科学家能够研究这一循环的动力学，并可能最终导致新的治疗方法
作为物理病毒学家，格罗宁根大学的物理学家Wouter Roos和他的两位老同事写了一篇关于这些新技术的评论文章，发表在1月12日的《自然评论物理》上
“物理学已经被用来研究病毒很长时间了，”罗斯说
“物理定律支配着生殖周期中的重要事件
“基于物理学的技术的最新进展使研究单个病毒粒子的自我组装和生殖周期中的其他步骤成为可能，并在亚秒时间分辨率下进行
“这些新技术让我们看到了病毒的动态，”罗斯补充道
活力 2010年，他首次与两名同事发表了一篇关于病毒学物理方面的综述文章
“当时，几乎所有关于病毒的研究都是相对静止的，例如，对病毒颗粒施加压力，看它如何反应
“当时，对自组装等动态过程的研究是大规模进行的，没有放大单个粒子的选项
“在过去的几年里，情况发生了变化，因此，我们认为是时候进行另一次审查了
这篇题为“病毒动力学物理学”的论文是由美国加州大学洛杉机分校的罗宾·布鲁因斯玛和荷兰VU·阿姆斯特丹的吉伊斯·维特合著的
病毒劫持细胞，迫使它们为新的病毒颗粒制造蛋白质构件，并复制它们的遗传物质(要么是核糖核酸，要么是脱氧核糖核酸)
这导致了一个充满病毒部分的细胞汤，这些病毒部分自我组装产生被包裹的核糖核酸或脱氧核糖核酸颗粒
“这个过程不需要外部能量
即使在体外，大多数病毒也会快速自我组装
“这一过程传统上是在散装材料中研究的，平均出大量病毒粒子的行为
“所以，我们不知道单个粒子组合的差异
" 病毒自我组装第一步的高速原子力显微镜电影
它显示了生长晶格边缘的六聚体是如何由单一病毒蛋白亚基逐渐形成的
荣誉:格罗宁根大学沃特·罗斯 亚秒扫描 在过去的几年里，已经开发了实时研究这些单个粒子的技术
其中之一就是快速原子力显微镜
原子力显微镜用原子大小的尖端扫描表面，因此能够绘制它们的拓扑
“最近，原子力显微镜的扫描速度显著提高，现在我们可以使用高速原子力显微镜对小于1平方微米的表面进行亚秒扫描，”罗斯说，他自己也使用原子力显微镜
“这让我们可以看到病毒亚单位是如何在表面组装的
这是一个非常动态的过程，积木附着和释放
" 单分子荧光也用于研究病毒，例如，病毒蛋白与脱氧核糖核酸的结合
“使用光镊，我们可以在一个脱氧核糖核酸分子的两端抓住两个小珠子
当病毒蛋白与脱氧核糖核酸结合时，这将使两个珠子缠绕在一起，靠得更近
这可以通过附着在珠子上的荧光标记看到
“另外，当带有荧光标记的蛋白质附着在病毒脱氧核糖核酸或其他蛋白质上时，也可以观察到它们
第三种技术是使用光学显微镜来测量被病毒粒子散射的光的干涉
这些图案揭示了组装过程中颗粒的结构
更坚强 病毒周期中的其他步骤也可以研究
“在它们自组装后，粒子需要变得坚韧，以承受宿主细胞外的条件，”罗斯说
其他的改变也发生了，这些改变使得粒子可以感染其他细胞
这个成熟过程的动力学对于我们理解病毒是如何工作的很重要
“在感染新细胞后，病毒颗粒必须分离才能释放其遗传物质
" 新技术现在揭示了病毒的物理动力学
它允许科学家如罗斯和他的同事研究遗传物质是如何结合的，以及哪些物理原理指导这一过程
大多数抗病毒药物会破坏感染的第一步，如病毒颗粒与宿主细胞的结合
利用这一新的动态信息，我们可以开发出阻止病毒自我组装或生殖周期中其他重要步骤的药物
纳米技术 对病毒粒子物理特性的深入了解对于它们在研究中的应用也很重要，例如作为纳米技术的构件或疫苗中抗原的载体
几种领先的新冠肺炎疫苗使用腺病毒将SARS-CoV-2尖峰蛋白的基因传递给细胞，然后细胞表达该基因，从而产生免疫反应
“了解腺病毒是如何聚集和分裂的，有助于制造更稳定的疫苗
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