当前位置:首页 >小故事>

在发表于2006年PLOS杂志上的研究报告里

来源:www.timetimetime.net 时间:2019-12-07 编辑:教育

作者:王睿资料来源:科学网发布日期:2008年

《自然》上月25日发表的一篇论文《直接攻击艾滋病毒《自然》的诞生》的详细分析首次用显微镜实时观察了细胞膜中艾滋病毒的诞生过程。 关于这项工作,国内媒体曾以“科学实验首次见证了艾滋病毒的诞生”为题进行报道,但遗憾的是,该报道没有解释其原因和后果,在某些地方也不准确,使得这一重要的科学突破不仅更加贴近公众,而且更加神秘。 因此,我反复阅读了他的研究论文,并采访了做出这一发现的科学家。 本文试图写一篇科学论文,希望对读者有所裨益。

艾滋病毒(俗称艾滋病病毒)是一个直径只有0.12微米的小球,而人类细胞的平均大小是20微米这大致相当于海淀区(北京编者注)与整个中国的比例。 它就像一个小鸡蛋,蛋黄是储存病毒遗传信息的小核糖核酸片段。 艾滋病毒可以选择性地侵入人体免疫系统,如淋巴细胞,将其核糖核酸片段反向转录成脱氧核糖核酸,然后整合到人体细胞基因组中潜伏下来。 潜伏期可以长达十年 在适当的条件下,这种潜在的病毒脱氧核糖核酸片段将被激活,宿主细胞将被用来生产所需的病毒蛋白和核糖核酸。

科学家利用最新的单一病毒跟踪技术使病毒蛋白发出荧光,并能够实时监控上述入侵和细胞内转运过程。 然而,对于最后一个关键步骤,即病毒蛋白在哪里以及如何组装成新的病毒个体,仍然没有好的研究方法。 最近,美国洛克菲勒大学的科学家成功克服了这一技术难题,并实时见证了艾滋病毒的诞生。 相关研究报告已于5月25日提前发表在世界权威学术杂志《自然》的网络版上。

多年来,虽然没有多少数据支持,但学术界仍然普遍认为艾滋病毒个体聚集在细胞膜表面,但最近,人们也在细胞内多囊体中发现了聚集的艾滋病毒 “科学研究也遵循这一趋势,”这篇文章的通讯作者之一西蒙教授告诉作者,“所以,同样在没有足够证据的情况下,每个人都认为艾滋病毒在细胞中聚集,然后分泌出细胞 然而,西蒙教授和他的同事有不同的解释 他们认为在细胞中发现新的病毒个体可能是由于细胞的自我保护机制和一些病毒被吞回细胞。

这是出于他们自己的原因。 在过去的15年里,西蒙教授的实验室致力于微观技术的发展。 今天,这项技术的分辨率足以识别细胞膜表面的单个病毒。利用这项技术,茹维尼特博士记录了20,000多种艾滋病毒移出细胞的过程。 正如他们所料,所有这些病毒“似乎”都被组装在细胞膜上,然后从细胞膜上分离出来。 从未有过大量新病毒直接从细胞膜逃逸的例子。 在2006年发表在《PLOS》杂志上的一份研究报告中,他们描述了这一现象,并定性地证实了新的艾滋病毒个体是通过细胞生化方法组装在细胞膜上的,而不依赖于显微镜观察。 接下来,他们想进一步直接证明显微镜下看到的细胞膜上的“荧光点”就是正在组装的艾滋病毒本身。 两年后的今天,他们终于成功了。

他们的名字是:诺文茹维尼特、保罗比尼亚斯和桑福德西蒙;他们的工具有:全内反射荧光显微镜(TIR FM)、荧光共振能量转移(FRET)、荧光光漂白恢复(FRAP);它们的材料是:荧光艾滋病毒蛋白、荧光CD63蛋白、二氧化碳、HeLa细胞

首先,有一点背景:HeLa细胞,来自一名美国妇女的子宫颈癌细胞(海里埃塔拉克丝,1951年死于癌症) 正常细胞通常在52次复制后进入凋亡阶段,即达到所谓的海弗利克极限(Hayflick limit),而Hela细胞几乎是不朽的,具有无限的分裂能力。 因此,它也是生物研究中最常用的人类细胞系之一。

以下戏剧开始:首先,科学家将绿色荧光蛋白GFP与艾滋病毒的Gag基因融合,然后让修饰的发光艾滋病毒感染HeLa细胞 因为Gag基因产生的蛋白质是艾滋病毒的主要结构元素;因此,当产生新的病毒蛋白(gag蛋白,为便于表达,不太严格,以下称为Gag蛋白)时,它们在显微镜的视野中闪烁绿色荧光,一些被运输到细胞膜表面以组装新的病毒,而大多数被填充在细胞内

前者是要研究的对象 这里,后者发出的背景荧光可以通过全内反射荧光显微镜观察而被滤除。 这样,科学家发现细胞膜表面有两种绿色荧光点。 其中一种主要出现在艾滋病毒感染后5-6小时,相当稳定,几乎不动。另一种主要是感染后14-15小时,来去匆匆。 组装中的新病毒是什么?或者两者都没有?

如前所述,宿主细胞将进行最后的斗争,将出现在膜表面的新病毒吞进细胞,试图阻止它进一步扩散。 然而,被吞食的病毒被一层蛋白质包裹,形成胞内体。 许多胞内体与细胞膜相连,所以观察到的荧光可能来自它们。 科学家们想出了一种方法,用红色荧光在细胞内体上包裹一种蛋白质(称为CD63)。结果表明,红色荧光类似于第二种绿色荧光,来去如风。 因此,只有第一组绿色荧光点可能是我们想要的。

如果病毒真的组装好了,Gag蛋白必须彼此非常接近。要标记这个距离,需要一个特殊的“生物标尺”。 这把尺子的学名叫做荧光共振能量转移(FRET) 它的原理是“隔着山打牛”,即如果两个不同的发色基团甲和乙足够接近,当甲受到激发时,甲会有效地将能量转移给乙。 结果,甲发出的荧光将减弱,乙发出的荧光将是主要的荧光。 能量转移效率与甲和乙之间距离的六次方成反比

回到实际研究 因此,科学家将Gag蛋白与两种荧光蛋白联系起来:一种是绿色的,另一种是红色的。 在能激发绿色荧光的显微镜下,第一类荧光团出现缓慢:起初,它既有红色荧光又有绿色荧光,并逐渐增加;很快,红色荧光增强率超过绿色荧光-荧光共振能量转移出现-结果表明Gag蛋白之间的距离确实满足病毒组装的要求!一旦“病毒”被组装,新的Gag蛋白将继续被添加。 科学家观察到第一种荧光团在大约半小时内达到饱和,那么这是否意味着病毒的组装已经完成?这是一种叫做“荧光光漂白恢复”的技术 其原理是,一旦某一区域的荧光分子受到激光照射,它们的化学结构就会被破坏,不再发出荧光,这被称为“光漂白”。然而,随着周围荧光分子的进入,照射区域将逐渐恢复荧光。 实验结果表明,对于未达到饱和强度的荧光团,漂白后荧光强度将很快恢复。然而,那些达到饱和强度的蛋白在漂白后不能恢复到原来的状态病毒蛋白确实已经被装载和卸载

那么,如何判断新生病毒是否已经从宿主细胞膜上分离出来呢?在这里,科学家们做出了一些推论:如果病毒已经被分离出来,它将不再能够与宿主的细胞质交换物质,例如交换氢离子;因此,人为增加宿主细胞中的氢离子浓度不会影响已分离病毒中的氢离子浓度。 因此,科学家们设计了一个巧妙的实验:他们将Gag蛋白和一种只有在非酸性条件下才会发出荧光的蛋白结合起来,然后突然增加环境中二氧化碳(CO2)的浓度。很快,宿主细胞特有的碳酸酐酶将迅速催化下列反应:

导致细胞内酸度增加 相应地,大部分第一类荧光团已经被消灭它们是发育中的未成熟病毒,而剩下的少数仍有光泽的是已经从膜表面分离出来的成熟艾滋病毒!

通过这些手段,科学家观察到370个这样的一级荧光团,即新生病毒,最终确信每种病毒的组装过程平均需要8.5分钟,其中大部分可以在5-6分钟内完成。 这是人类第一次能够定量观察单个病毒在活细胞表面的组装过程。 到目前为止,在显微镜下观察病毒的整个生命周期已经成为可能。

“生物学确实是一个了不起的个体,我们探索这一奥秘的能力仍然有限。 最让我们兴奋、最让我们沮丧的是我们事先对此一无所知。 西蒙教授说,“我们不知道组装艾滋病毒需要多长时间:几个小时?十多分钟。几秒钟,甚至更短?比尼亚斯教授、茹维尼特博士和我估计了各种可能性和相应的实验方法。 这听起来可能不太专业.然而,当我们讨论这些的时候,我觉得自己就像一个刚得到最新玩具的顽童这太有趣了!“

关于这份工作,最常被问到的问题是什么?”这不是很谦虚地说,到目前为止没有问题,只有表扬 “西蒙教授的骄傲是显而易见的 那么,记者问得最多的是什么?“呃.它能治愈艾滋病吗?”教授有点沮丧。

”答案自然是否定的,至少是孤立的 Bieniasz教授补充说,“另一方面,目前还没有抗艾滋病的药物来阻止艾滋病毒的聚集,但是从理论上讲,这并不是不可能的。” 我们现在对这个过程了解得越多,我们就越有可能找到相应的解决方案。 接下来,我们的研究将集中于理解这些病毒蛋白组装在一起的机制,以及找出艾滋病毒最喜欢在细胞膜上的什么地方出现进行组装。 「

(作者王睿,目前是美国杜克大学博士资格的候选人,电子邮件)

阅读更多(英文)

科学网:新技术首次“照亮”HIV粒子形成过程

《自然》 论文摘要

发E-mail给:

| 打印 | 评论 | 论坛 | 博客 |

读后感言:

相关新闻

美准备再次进行Ad5载体HIV疫苗临床试验

《自然》 :新技术首次“照亮”HIV粒子形成过程

JACS:美首次发现金纳米粒子具有抗HIV潜在.

愈挫愈勇 美国启动HIV疫苗“B计划”

PNAS:抑制特定酶活性能够阻断HIV复制

最新调查显示:大多数科学家对HIV疫苗前景感到.

《自然—医学》 :研究揭示沙门氏菌对HIV感染者.

《PLoS病原体》 :研究揭示HIV靶向蛋白的进.

一周新闻排行

熊丙奇:警惕大学等级化趋势加剧

评论:范跑跑无需道歉但须离职

地震时弃学生而逃 教师范美忠公开道歉

《自然》 评论:“一基因一疾病”时代一去不返

2008年度国家科学技术奖励初评结果公布

国家科技进步奖一等奖获得者、着名气象学家朱抱真.

美国地质调查局:人类不能预报地震

华人科学家陈德亮出任国际科联执行主任

相关文章
热门标签
日期归档

版权所有© 阅读时间 | 备案: 鄂ICP备12015973号-1 | www.timetimetime.net . All Rights Reserved | 网站地图