據(jù)Laughlin TG 2022 年8 月3 日[Nature，2022，608（7922）：429-435.]報(bào)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(rèn)識到的噬菌體生物結(jié)構(gòu)和過程進(jìn)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(xì)菌的明顯進(jìn)化的防御措施進(jìn)行了觀察。

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

在這項(xiàng)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(xì)胞的細(xì)胞核，并保護(hù)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(xì)胞成像的最高分辨率，描述了這種類似細(xì)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(jìn)的計(jì)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(jī)制來對抗細(xì)菌的威脅。 噬菌體衣殼作為一個不斷增長的保護(hù)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(diǎn)。 這種噬菌體的核狀衣殼由一種蛋白組裝而成——Chimallin。 形成細(xì)胞核樣區(qū)室的噬菌體可以更好地用于對抗細(xì)菌感染的噬菌體療法，因?yàn)樗鼈冊谶M(jìn)化過程中對多種類型的細(xì)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(xì)胞核樣區(qū)室，因?yàn)檫@似乎使它們更好地攻擊細(xì)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(jìn)行噬菌體治療和克服細(xì)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(dú)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(xì)菌防御系統(tǒng)分開來保護(hù)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。