科学家们在试管中重现了艾滋病毒感染的第一步,这是几十年来梦寐以求的成就。HIV是引起艾滋病的病毒。这样做提供了对病毒的近距离接触——否则病毒在细胞深处被阻挡——并且能够识别HIV在其人类宿主体内复制所需要的必要成分。


具体来说,科学家们能够监测到病毒复制基因组并将其插入目标DNA的过程,这是宿主体内通常发生的过程。

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此次研究让人们对艾滋病毒的感染机制有了新的认识,使人们能够史无前例地探索病毒生命周期的早期阶段,这些新的发现可能会改善艾滋病的治疗方法。


艾滋病是一种终生疾病,只有通过持续的药物疗法才能得到控制。

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图:HIV-1衣壳依赖复制和整合的体外重构和可视化。(图像总结了高效 ERT 的逐步重建,并在无细胞系统中协调集成。低温断层成像显示,许多核心粒子在ERT反应期间保留了几乎完整的外层病毒衣壳。)


这告诉我们艾滋病毒是如何感染人类的,” 犹他大学健康学院杰出的生物化学教授韦斯利·桑奎斯特博士说。


尽管艾滋病毒很危险,但它在外表上看似简单。这种病毒类似于圆形的冰淇淋蛋卷,外壳将病毒的遗传物质封装在里面。在此之前,人们认为外壳的主要起保护作用。但研究表明,衣壳在感染中也扮演着积极的角色。

在试管中进行感染的最初步骤使研究小组能够以以前不可能的方式精确地控制艾滋病毒。研究人员发现,当他们使用遗传和生化方法来破坏衣壳的稳定性时,艾滋病毒无法有效地复制其遗传物质。


这是第一次直接证明,衣壳不仅仅是作为包装,它本身也是艾滋病毒感染过程的一个重要组成部分。


如果眼见为实,那么观察HIV分子的活动就为实验发现提供了证据。最近在低温电子显微镜和分子模型方面的进展使我们有可能看到这种病毒:130nm,比红细胞小60倍。


利用这些技术,研究小组将240个微小的蛋白质"切片"都可视化,将其结合在一起,形成锥形外壳。通过近距离观察,科学家们可以清楚地看到,衣壳在整个逆转录的复制过程中基本保持完整。

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 图:HIV比红血球小60倍


数据表明,病毒衣壳在支持高效逆转录方面发挥着积极和不可或缺的作用。


森德奎斯特说,这一发现可能有助于解释,为什么由吉利德公司开发的一种研究艾滋病毒的药物——第一种针对衣壳的药物——是一种有效的病毒抑制剂。研究人员先前阐明HIV衣壳的结构和功能的工作为该药物的设计提供了依据,该药物在一期临床试验中表现良好。通过试管系统获得的其他见解可以进一步改进药物设计。


显微镜技术的进步,加上不懈的坚持,实现了对艾滋病毒新的认识。35年前,人们首次发现艾滋病毒是艾滋病的病因。经过数年的反复试验,确定了在细胞外试管中再现这一过程所需的最小成分。Pornillos说,现在简化的系统已经启动并开始运行,它打开了一扇门,让我们可以了解一个熟悉的敌人更基本的真相。


Pornillos说:“对我来说,不仅有它的基础知识方面,还有转译方面可以帮助我们找到更好的方法来阻止HIV。这就是为什么它是伟大的研究。”


参考资料:

1. HIV up close: Unprecedented view of virus reveals essential steps for causing AIDS. https://medicalxpress.com/news/2020-10-hiv-unprecedented-view-virus-reveals.html
2. "Reconstitution and visualization of HIV-1 capsiddependent replication and integration in vitro" Science (2020). DOI: 10.1126/science.abc8420