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狡猾的病毒通过窃取宿主的基因信号 把人体变成自己的“制造工厂”

2020
08/11
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张丹妮

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前瞻网
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【摘要】狡猾的病毒通过窃取宿主的基因信号,产生大量未知蛋白,相当于把人体变成自己的“制造工厂”。此项新机制研究近日登上《细胞》杂志。

  狡猾的病毒通过窃取宿主的基因信号 把人体变成自己的“制造工厂”

    《细胞》(Cell)杂志上最近的一项研究揭示了新的机制,这些机制允许病毒产生意想不到的蛋白质。

  就像科幻电影《天外魔花》(Invasion of the Body Snatchers)里的场景一样:一种病毒感染了一个宿主,并将它转变成一个“工厂”,制造更多的自我复制品。现在,研究人员已经证明,包括流感病毒和其他严重病原体在内的一大批病毒,从它们的宿主那里窃取基因信号,以扩大它们自己的基因组。

  这项跨学科合作研究是由纽约西奈山伊坎医学院全球卫生、新兴病原体研究所,以及英国格拉斯哥大学病毒研究中心的研究人员领导的。这个由病毒学家组成的跨学科团队研究了一大批被称为分段负链RNA病毒(sNSVs)的病毒,其中包括广泛存在于人类、家养动物和植物的严重病原体,包括流感病毒和拉沙病毒(导致拉沙热的原因)。

  他们发现,通过窃取宿主的基因信号,病毒可以产生大量以前未被发现的蛋白质。研究人员将它们标记为UFO(Upstream Frankenstein Open reading frame)蛋白质,因为它们是通过将宿主和病毒序列拼接在一起而编码的。在这项研究之前,人们并不知道这些蛋白质的存在。

  这些特殊的UFO蛋白质可以改变病毒感染的过程,并可用于借鉴研发制造相应的疫苗。

  伊坎医学院微生物学副教授、这项研究的通讯作者Ivan Marazzi博士说:“病原体克服宿主屏障并产生感染的能力是基于病原体来源蛋白的表达。”“为了了解病原体是如何拮抗宿主并引起感染的,我们需要清楚地了解病原体编码的蛋白质,它们是如何起作用的,以及它们是如何造成毒性的。”

  病毒不能自己构建蛋白质,所以它们需要向宿主细胞中构建蛋白质的机制提供合适的指令。众所周知,病毒通过一种被称为“抢帽子”(cap-snatching)的过程来做到这一点。在这个过程中,病毒切断细胞自身蛋白质编码信息(信使RNA)的末端,然后用自身基因的一个副本来延长该序列。这提供了一个混合消息供读取。

  “几十年来,我们一直认为,当身体遇到信号开始将信息翻译成蛋白质(一个‘开始密码子’)时,它正在读取病毒单独提供给它的信息。我们的工作表明宿主序列并不是沉默的,”马拉齐(Marazzi)博士说。

  研究人员表明,由于它们将宿主的mRNA与自身的基因杂交,病毒(sNSVs)可以产生带有额外的、宿主衍生的起始密码子的信息,这个过程被称为“起始窃取”(start snatching)。这使得翻译那些原本未被怀疑的从宿主-病毒混合序列中的蛋白质成为可能。

  他们的发现进一步表明,这些新基因可以被流感病毒表达,也可能被大量其他病毒表达。这些杂交基因的产物可以被免疫系统“看到”,并且它们可以调节毒力。研究人员表示,需要进行进一步的研究,以了解这类新的蛋白质,以及它们在引起流行病和大流行病的许多RNA病毒中普遍表达的意义。

  论文通讯作者、格拉斯哥MRC-University病毒研究中心的研究员埃德·哈钦森(Ed Hutchinson)博士表示。“病毒在分子水平上接管了他们的宿主。这个工作可以识别新方法,一些病毒可以挤出每一位潜在的分子机械的利用。虽然这里所做的工作集中在流感病毒上,但它意味着大量的病毒种类可以制造出以前未被怀疑的基因。”

  研究人员说,他们工作的下一阶段是了解这些未被怀疑的基因所扮演的不同角色。马拉齐博士说:“现在我们知道它们的存在,我们可以研究它们,并利用这些知识帮助消灭疾病。”“全球需要做出巨大努力来阻止病毒流行和大流行病,而这些新见解可能会导致找到阻止感染的新方法。”

  这项研究题为“Hybrid Gene Origination Creates Human-Virus Chimeric Proteins during Infection”,它得到了包括英国国家过敏和传染病研究所和英国医学研究委员会在内的资助者的支持。

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