巨型病毒劫持宿主蛋白质合成工厂

研究人员发现一种蛋白复合物，助拟菌病毒掌控受感染变形虫的蛋白质合成过程

研究人员发现，巨型病毒**棘阿米巴拟菌病毒**会利用一组病毒蛋白复合物，劫持宿主的蛋白质合成工厂。

Giant DNA viruses encode a hallmark translation initiation complex of eukaryotic life: Cell

自21世纪初被发现以来，巨型病毒便因其极度奇特的特性备受关注。这类病毒在光学显微镜下清晰可见——部分体积甚至超过小型细菌，它们颠覆了人们对病毒“微小且结构简单”的传统认知，也引发了从生命定义到复杂生物体进化等一系列问题的争论。

今日发表于《细胞》期刊的一篇研究论文中，研究人员在某巨型病毒体内发现一簇蛋白，其结构与宿主蛋白质合成机制的关键部分高度相似，这一结构让该病毒得以夺取宿主的细胞调控权。美国能源部联合基因组研究所的微生物学家弗雷德里克·舒尔茨并未参与此项研究，他评价道：“在这个新发现层出不穷的领域里……这篇论文是我近期见过的最重要的研究成果之一。”

所有病毒都会在一定程度上劫持宿主细胞的功能完成自我复制，但它们用于实现这一过程的基因数量差异极大。人类免疫缺陷病毒（HIV）或某些侵染细菌的病毒等，仅依靠少量基因就能完成复制；而巨型病毒的基因数量可超过1000个。弗吉尼亚理工大学的病毒学家弗兰克·艾尔沃德同样未参与该研究，他打比方说：“如果把HIV或脊髓灰质炎病毒比作匕首或手枪，这些巨型病毒就是核潜艇。它们是体型极其庞大、结构高度精密的分子寄生物。”

研究人员仍在探究这些额外的基因究竟发挥着何种具体作用。巨型病毒的侵染对象主要是变形虫及其他单细胞真核生物——这类生物与人类一样，会将DNA包裹在细胞核内。巨型病毒的部分DNA序列与宿主细胞中的基因相似，这表明它们通过基因水平转移，获得了复制或劫持宿主特定真核生物功能的能力。但更多的病毒DNA序列在其他生物体中均无相似匹配，其功能至今仍是未解之谜。

在这项新研究中，哈佛医学院与丹娜-法伯癌症研究所的病毒学家埃米·李和马克斯·费尔斯以侵染变形虫的**棘阿米巴拟菌病毒**为研究对象。与此前一些聚焦病毒DNA的研究不同，该团队利用质谱分析、晶体学技术，以及人工智能程序AlphaFold2，探究了受感染细胞内病毒蛋白的结构形态与相互作用方式。

该研究方法识别出一簇相互作用的病毒蛋白，其结构与真核生物中一种已知的**IF4F蛋白复合物**高度相似。在未受感染的变形虫及其他生物体中，IF4F复合物会结合在核糖体（细胞的蛋白质合成工厂）上，协助启动基因的RNA转录本向蛋白质的翻译过程。

这一拟菌病毒中的蛋白复合物被埃米·李的研究团队命名为**病毒型IF4F复合物（vIF4F）**；尽管其编码蛋白的部分DNA序列与真核生物的对应序列并无相似性，但二者的整体结构形态高度相近。而该病毒复合物的结构存在细微修饰，这一特征使其能够特异性结合病毒的RNA转录本，而非宿主的RNA转录本——病毒的RNA转录本本身体型也存在微小差异。

研究团队发现，在侵染过程中，病毒型IF4F复合物会取代宿主核糖体上的真核生物IF4F复合物，协助合成病毒自身的蛋白质。且当这一劫持过程被阻断时，拟菌病毒的正常功能会受到严重影响：敲除编码病毒型IF4F复合物的基因后，该病毒在正常条件下于变形虫体内的复制能力会显著下降；而当变形虫处于应激状态时（例如缺乏食物、接触特定化学物质），其复制能力则会彻底丧失。

该研究结果表明，病毒型IF4F复合物为拟菌病毒在与宿主的“博弈”中赋予了关键优势。即便宿主细胞因外界环境或病毒侵染本身陷入应激状态（这通常会导致细胞多种功能停滞），病毒型IF4F复合物仍能让病毒维持对宿主蛋白质合成过程的掌控。舒尔茨评价道：“病毒进化出这样的结构，其实是完全合乎情理的。”

此前已有研究发现，巨型病毒的部分DNA序列与真核生物中参与蛋白质合成的基因相似。但舒尔茨和艾尔沃德均表示，此次研究首次为巨型病毒通过这种方式操控宿主细胞机制提供了实验证据，这一发现十分罕见。夏威夷大学马诺阿分校的病毒生态学家格里格·斯图尔特正计划与埃米·李的团队合作，研究巨型病毒合成的其他蛋白，他也对此表示认同：“这项研究成果十分出色，它不仅证实了相关基因的存在，更揭示了其实际功能。”

研究人员目前仍未明确，该病毒编码病毒型IF4F复合物各组成蛋白的DNA究竟源自何处。费尔斯表示：“我们推测这些基因来自这类病毒的某类远古宿主……但要精准确定具体是哪种生物体，难度极大。”

埃米·李和费尔斯还在探索，这一病毒蛋白复合物是否能为细胞生物工程研究提供助力——例如，利用其促进特定RNA的翻译过程。埃米·李提出了这样的设想：“我们能否将这些病毒蛋白导入细胞，从而实现对蛋白质翻译过程的定向调控？”

舒尔茨表示，对于该研究领域的其他科研人员而言，这一发现应当能推动大家更深入地研究巨型病毒的蛋白质结构，而非仅仅关注其底层的DNA序列。这一研究思路或能帮助研究人员“发现巨型病毒身上那些我们尚未知晓的、令人惊喜的其他功能”。