新发现的巨型病毒(GVs)的一个特点是他们的极其复杂的生物结构,包括庞大的衣壳和大型基因组。这些病毒的规模和复杂性挑战常规认知——病毒是小,精简和高效的杀人机器，特别是在基因内区还包涵“垃圾”DNA。比如，大多数巨型病毒大于nm,很多基因组超过1MB,还包括估计+个开放读码框。相反，一些最小的病毒，包括猪的圆环病毒（17nm衣壳；不到基本基因组；四个蛋白质）和人鼻病毒（30nm衣壳；不到基本基因组；11个蛋白质）。而巨型病毒是一种比引起普通感冒的鼻病毒大10倍以上（大于纳米）的病毒。目前已知的69%的病毒编码都不高于10个蛋白质，由于巨型病毒因尺寸较大，较为复杂，难以成像，人们对这些病毒的生命周期知之甚少。

巨型病毒有各种各样的宿主，包括阿米巴虫、动物、人类和成熟细胞。尽管巨型病毒跟人类呼吸系统疾病，炎症状况和癌症相关，但是尚未发现巨型病毒跟人类疾病有直接的联系。巨型并入如何进入宿主细胞目前仍知之尚浅，通常情况下，感染的发生是通过吞噬细胞产生的。一旦吞噬,一种独特的衣壳顶点打开,促进核衣壳与吞噬膜释放和融合,最终释放基因组进入宿主细胞质。巨型病毒感染宿主，导致宿主细胞凋亡，进而释放新的巨型病毒子代到环境中。

近年，科学家在西伯利亚解冻的永久冻土和南极冰层中发现了巨型病毒的踪迹。巨型病毒的生命力顽强，在多年冻土中保存了30,年后仍具有感染能力。它的外壳（或衣壳）坚固耐用，能够承受恶劣的环境，保护内部的病毒基因组。自发现以来，巨型病毒扩大了人们对病毒学原理的认识。

尽管坚固的外壳能够保护病毒在恶劣的环境下生存下来，但也阻碍它在合适的宿主细胞上的寄生。巨型病毒用于基因易位的策略和结构在病毒的家族中通常是守恒的。在双股DNA(dsDNA)噬菌体(Caudovirales)的尾部,其尾部复合物与宿主受体蛋白质交互触发病毒粒子构象的变化,导致基因组释放。相似地，许多类真核病毒都有保守的基因组释放机制。大多数包膜病毒,包括艾滋病毒、流感、Zika病毒,疱疹病毒,利用三种结构上保守的膜融合蛋白品种之一。无包膜病毒,如鼻病毒、脊髓灰质炎病毒和腺病毒,利用守恒的衣壳结构与宿主受体相互作用，触发基因组去包被。

为了解决有关巨型病毒感染机制的悬而未决的问题，来自美国密歇根州立大学、巴西米纳斯吉拉斯州联邦大学以及里约热内卢联邦大学的研究人员确定了促进巨型病毒基因组释放的生物分子条件,利用冷冻电镜（cryo-EM），低温电子体层摄影术（cryo-ET）和扫描电镜（SEM）观察到了Samba病毒（Mimivirus属，谱系A）中的四种感染中间体。这四种中间体均反映出与体内发生的阶段相似的形态。研究显示这些基因组释放阶段在其他Mimivirus病毒中是保守的。研究人员通过差示质谱法（differentialmassspectrometry）鉴定了从Samba病毒和新发现的Tupanvirus病毒中释放的蛋白质。

该研究借助了最先进的成像技术，开发了一种用于研究巨型病毒的可靠模型，并且是首次鉴定和表征了在巨型病毒感染初期负责协调感染的几种关键蛋白。相关研究成果以“structuralandproteomiccharacterizationoftheinitiationofgiantvirusinfection”为题在线发表在近期的Cell期刊上。

形态上,巨型病毒粒子要么是二十面体,比如，棘阿米巴属巨型拟菌病毒),或Mollivirus和Pithovirus形状的非二十面体。像它们较小的亲属，巨型病毒也会共享在感染期间使用的保守衣壳结构。许多巨型病毒特有的衣壳尖端，会为感染的进行开放一个通路，但他们也提供一种机制来防止过早失去他们宝贵的物质。巨型病毒也形成了至少两种不同的尖端结构来密封它们的尖端，直至合适的感染时机来临才会开放。

非二十面体倾向于利用一个或者更多的类似于软木塞的结构来密封。一类新发现的非二十面体巨型病毒，就包含Pandoravirus和Orpheovirus病毒，为一个小孔状的结构，有别于软木状的结构。类拟菌病毒（Mimivirus-like）二十面体巨型病毒利用外部复杂蛋白质的密封，如同有五个角的海星。这些复杂的的密封蛋白位于大多数衣壳外部，衣壳位于特有的5个折叠尖端，防止它打开。传统上，特有的衣壳尖端和外部的密封结合，称为“星门”或“海星”。二十面体巨型病毒非拟菌病毒，比如PBCV-1,faustovirus,和Pacmanvirus，不利用星际之门顶点并且已经进化到选择基因组释放策略。

海星结构在多种巨型病毒中被发现，像smimivirus,Sambavirus(SMBV),和新发现的tupanviruses。然而相对很少有人知道星际之门的管理机制。分子力和生化触发,如受体蛋白或吞噬体转变,如何促进星门打开还是未知的。

通过薄片透射电子显微镜(TEM)观察被巨型病毒感染的细胞，随着吞噬的发生，星门尖端在感染初期的1-3小时开始打开，然而关于对于调解这个过程的特殊蛋白和生化力量仍然知之尚少。这主要有两个原因：一是巨型病毒非常复杂；二是缺乏强有力的模型体系来细化生化或生理研究。因此研究者们创建了一个体外模型系统来进行编排管理巨型病毒基因组研究。

拟菌病毒（Mimivirus）感染中间体的结构和蛋白质组学特征说明了保守分子能够促使感染和识别巨型病毒在感染周期初期释放的蛋白质分子。研究主要包括一下三个部分：

1.蛋白质组学揭示在感染期间衣壳释放的蛋白质

2.低pH值处理释放病毒种子中的蛋白质

3.低pH值和高温完全打开星门和释放基因组

结果和讨论：

1.SMBV耐受绝大多数的化学治疗

为了证明分子力在SMBV海星结构稳定性中发挥的重要作用，研究者们用已知会影响其他病毒形态的，治疗方法来处理SMBV。每个治疗粒子稳定性的影响是通过冷冻电子显微镜（cryo-EM)评估。治疗包括变性剂尿素(R9机型M)和盐酸胍盐(R6),洗涤剂Tritonx-,有机溶剂,如氯仿和DMSO,以及酶DNase我,菠萝蛋白酶,蛋白酶K和溶菌酶。这些措施导致显著增加星际之门尖端的断裂:低pH值;高温;和高盐，类似的治疗方法被用来诱导形态变化,反映生物相关的结构性转变各种噬菌体和病毒

2.静电相互作用对于SMBV海星结构的稳定性至关重要

研究人员假设当PH改变时，吞噬可能会诱发SMBV星门的开启。研究者们透析SMBV粒子对不同钠磷酸盐缓冲剂的解决方案,在pH值从2到12不等。粒子通过低温电子显微镜可视化,计算开放粒子的百分比。PH值大于4，没有明显变化，但当PH值低于3时，60%的SMBV的衣壳打开了。星门尖端在低浓度开启是不可逆的：当SMBV恢复到中间浓度时，衣壳中的星型片段仍然是打开的。在一些粒子,额外的膜囊通过新开的顶点离开衣壳的过程中被摄取。在其他粒子,囊是消失的,这表明它在成像之前逃了出来。巨型病毒一直有个假设，额外的膜囊一直被认为是病毒的种子。额外的膜囊被认为含有负责形成病毒工厂的蛋白质,是不同于核衣壳膜在用冷冻电子断层扫描(cryo-ET)3d可视化时。这是第一次研究证明可再生的释放额外的膜囊和识别的一些蛋白质可能与这个复杂的释放。

研究者们使用“bubblegram”成像,低温电子显微镜技术在大分子复合物中定位特有特征。在这种技术中，是用样品曝光过度来产生光束诱导辐射损伤。氢气气体释放的破坏性的辐射会被困住,有时产生明显的“冒泡”的显微照片。当未经处理的SMBV粒子暴露在过度的电子辐射中,粒子产生一个星形的辐射损伤模式，相反，PH值为2浓度Nacl处理的SMBV并没有星型模式。正如预期的那样,缺乏一个星形的辐射损伤模式和假设是一致的，氢气气体不再被困在SMBV病毒粒子,随着低pH值处理星际之门密封顶点会中断。

低pH值和高温引发SMBV病毒粒子的增加

电子显微镜SMBV基因组释放阶段

3.核衣壳需要增加热能释放

低pH值或高盐不足以完全开放SMBV粒子,表明静电相互作用并不是单独负责完全密封的星际之门。因此，研究人员分析温度对SMBV温度的影响。我们孵化病毒粒子1h到°c,使用低温电子显微镜观察化验病毒粒子的形态学变化,然后比较这些未加热粒子的图像数据。低ph值或高温处理后,SMBV核衣壳口袋内有DNA碎片。SMBV基因组包含各种染色体缩合和类组蛋白,虽然他们的确切作用在巨型病毒生物学实验尚未确定。基因组重组在许多病毒感染阶段是非常重要的，包括HIV和adenovirus。研究人员设想基因重组对于推动推动巨型病毒基因组进入宿主具有重要作用。

4.低pH值和高温导致完整释放SMBV基因组

低PH和高温对SMBV具有完全不一样的物理影响。研究人员结合低PH和高温对星门开放可能有综合效应。经过处理后，研究人员用低温电子显微镜、cryo-ET和SEM对SMBV粒子形态进行了分析。这些粒子完成整个基因组释放过程,能看到核衣壳的缺失。SMBV粒子完全分离纤维，内部衣壳层似乎比外层衣壳层更软。

5.稳定SMBV星际之门顶点的分子力，在Mimiviruses病毒中是守恒的

研究人员结合PH和高温测试检测三种巨型病毒：Antarcticavirus;Tupanvirus;andmimivirusM4。实验数据有力地表明,稳定病毒粒子和促进感染的力量是守恒的，这存在于Mimiviridae科感染阿米巴的远亲中。类Mimivirus巨型病毒避开这些已知的基因组结构和释放似乎伪造自己的机制,以作为共同的星际之门机制。

6.当星际之门打开的时候，巨型病毒释放衣壳蛋白

当低PH值和高温处理，巨型病毒会发生外形上的改变。SMBV和TV低PH处理时，不同的蛋白从衣壳中释放出来。当病毒粒子到孵化°C,可以见到大部分的蛋白质出现蛋白溶解性地裂解。

7.在感染初期识别来自SMBV和TV释放的蛋白质

每个病毒（超过50%的SMBV）释放的许多蛋白质是预期蛋白或未知功能的蛋白。SMBV和TV释放的19种预期蛋白具有很明显的同源性。

8.当基因释放时，SMBV和TV释放预期的蛋白类型

巨型病毒需要执行相同的基本阶段的病毒跟生命周期较小的堂兄弟病毒复制一样。常见的阶段包括基因易位进入宿主细胞,阻止宿主复制,劫持宿主机器来制造病毒蛋白。随着染色体易位后,病毒细胞促使细胞工厂从制造新细胞变成制造病毒组件。SMBV和TV释放各种RNA聚合酶的亚基。这一系列的蛋白对于病毒的繁殖是十分重要的，因为它指导宿主的细胞机制识别在细胞DNA中的病毒DNA。

9.SMBV和TV也会在星际之门打开时释放新的蛋白质

SMBV和TV释放的这些蛋白在感染过程中能够保护巨型病毒，也表明这些蛋白在感染早期就释放出来了。

10.打开星际之门，进入GV研究的新途径

研究人员模仿巨型病毒基因组释放的四个特有的阶段，但实验条件需要放弃同步感染和在某个特定的时间困住巨型病毒粒子。放弃宿主细胞可能会限制研究的特定途径,如寻找宿主受体,但它大大简化了对病毒基因组及其基因组在释放的过程中经历变化的任何研究。

此外，研究人员已经确定了两种巨型病毒，SMBV和TV，在感染初期释放的蛋白。这些病毒释放的将近一半的蛋白，均如预期的那样，且它们在感染初期起重要作用。这些蛋白的确切功能以及它们如何相互作用、协调，对未来的研究也有重要意义。巨型病毒的所有四个测试在这项研究中反应类似于体外治疗,这表明这些巨型病毒在基因组释放时利用类似分子力和可能相似的蛋白质。

以上仅是研究人员在实验室中的结果和预想，然而，对于这些巨型病毒是否能感染人类，仍有待科学家进一步的探索和研究。

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