新工具揭示皰疹病毒如何操控人類DNA

參考消息網7月8日報道 據美國《科學新聞》雙週刊網站6月30日報道，皰疹病毒操控人類脫氧核糖核酸（DNA）的精度遠遠超過我們以往的認知。研究人員6月19日發表在英國《自然-通訊》雜誌上的報告稱，這種病毒會壓縮並改變人類遺傳物質的形態，從而劫持宿主基因來進行自我複製。這項研究首次利用全新的尖端可視化工具來了解這一過程，清晰地展現了感染後數小時內細胞的變化。

單純皰疹病毒是口腔皰疹的微生物罪魁禍首，全球高達67%的50歲以下成年人感染過這種病毒，儘管大多數病例沒有症狀。與所有病毒一樣，單純皰疹病毒需要宿主才能進行復制，它會將其進入的每個細胞都變成一個病毒生產工廠。

科學家觀察到，當人類細胞被單純皰疹病毒感染時，細胞內的染色體就開始彎曲和壓縮，並轉移至細胞核邊緣，爲病毒的大量複製騰出空間。目前尚不清楚這一過程是有意爲之，抑或僅僅是病毒入侵的副產品。西班牙基因調控中心的合成生物學家瑪麗亞·皮亞·科斯馬說：“我們以前沒有能以足夠精細的分辨率對細胞進行近距離觀察的技術。”

超分辨率顯微鏡的進步如今使這成爲可能。科斯馬及其同事能夠對感染後的細胞進行長達8小時的成像，包括寬度僅爲20納米的結構。

科學家發現，在感染後一小時內，單純皰疹病毒會協同兩種基因——核糖核酸（RNA）聚合酶和DNA拓撲異構酶——將宿主的染色質壓縮成超緻密的束。染色質是一種DNA-蛋白質複合物，當被壓縮時，就會形成染色體。然後，病毒會像摺紙一樣重塑染色質的結構，使自身與包含病毒複製所需宿主基因的DNA環接觸。

當研究人員阻斷DNA拓撲異構酶的表達時，病毒就完全停止感染細胞，這表明其具有潛在的抗病毒應用價值。

新的成像工具揭示了皰疹病毒如何在受感染的細胞中安家落戶。這項顯微鏡技術名爲STORM-PAINT，它利用熒光探針標記DNA分子。每個探針隨機閃爍，通過將多幅圖像疊加，可以創建出最終的細胞超分辨率照片。

照片顯示，在感染皰疹病毒僅8小時後，人體細胞的DNA就幾乎全部被擠到邊緣，病毒開始複製，並用自身的複製品填滿空出的空間。

“很少有研究小組嘗試過這樣做，做得好的就更少了，”未參與該研究的美國邁阿密大學染色質病毒學家達夫妮·阿夫古斯蒂說，“利用病毒作爲工具來了解染色質如何被改變，這可以開啓新的研究來幫助我們瞭解自身基因組的複雜性。”

科斯馬說，DNA結構與功能之間的相互作用已成爲一個熱門研究課題，而其研究結果也提出了一些令人興奮的新問題。“你可能會認爲，在壓縮之後，宿主基因組的組織結構會變成一團糟——例如，染色體之間的連接可能會被切斷——但事實並非如此，”她說，“這讓我感到很困惑，我打算弄清楚那裡到底發生了什麼。” （編譯/王笛青）