科学家首次在细菌中发现朊病毒

原标题:科学家首次在细菌中发现朊病毒
科学之星 | 发表时间 2017-02-15 23:17
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科学家首次在细菌中发现病毒  
此前只被发现存在于真核生物细胞中  

科学家首次在细菌中发现朊病毒

携带了朊病毒的肉毒杆菌

图片来源:James Cavallini/SPL

朊病毒作为一种病原体,因为能够引发包括疯牛病在内的退行性脑病而广为人知。如今,科学家首次在细菌中发现了这种病毒。

研究人员发现,当被插入酵母和大肠杆菌后,一种蛋白质在肉毒杆菌(能够导致肉毒中毒的一种微生物)中的片段会表现得像一种朊病毒。研究人员在1月13日出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。

朊病毒由许多在结构上以不同方式折叠的蛋白质构成。通过将一种蛋白质的正常形式转化为朊病毒,这种蛋白质的朊病毒版本能够以传染的方式长期存在下去。

科学家最早在上世纪80年代发现了朊病毒,它被视作潜藏在一种被称为传染性海绵状脑病的致命脑部背后的病原体。从那时开始,研究人员相继在哺乳动物、昆虫、蠕虫、植物和真菌中发现了错误折叠的蛋白质,并且知道并非所有的朊病毒都会对宿主造成伤害。

然而迄今为止,朊蛋白只在真核生物的细胞中被发现,这类生物包括动物、植物和真菌。

在这项最新研究中,研究人员利用能够在酵母中识别可以形成朊病毒的蛋白质的软件分析了大约6万个细菌基因组。他们聚焦于细菌蛋白质Rho的一个片段。

在许多细菌中——例如肉毒杆菌和大肠杆菌,Rho都是基因表达的一种全局性调节因子,这意味着它能够控制许多基因的活性。

研究人员发现,当来自肉毒杆菌的Rho的潜在朊病毒形成片段被插入大肠杆菌后,一团错误折叠的蛋白质具有了由朊病毒形成的大多数特征。此外,这种蛋白质片段被插入酵母后,能够取代一种已知可以形成朊病毒的酵母蛋白质的功能。

研究人员同时注意到,尽管普通版本的Rho能够在大肠杆菌中抑制基因的活性,但是当蛋白质处于其朊病毒形式时,许多基因是活跃的。

这项研究的共同作者、美国马萨诸塞州波士顿市哈佛医学院细菌遗传学家Ann Hochschild认为,这意味着朊病毒可能会让细菌适应特定种类的环境压力。例如,科学家发现,与携带了正常版本Rho的细菌相比,被Rho的朊病毒版本修改后的大肠杆菌能够更好地适应暴露在乙醇之中。

这些发现表明,朊病毒的存在早于真核生物与细菌在距今约23亿年前在进化上分离的时间。“朊病毒在自然界可能比科学家之前认为的更加普遍。”Hochschild说,“我们相信在细菌中还会发现其他能够形成朊病毒的蛋白质。”

由于朊病毒是可以遗传的,因此这一发现表明这些蛋白质在不需要基因突变的前提下便能够让细菌传递相关特征。马萨诸塞大学阿莫斯特分校细菌生物化学家Peter Chien表示,“当细菌需要对环境做出快速反应时,例如处理抗生素”,它就会派上用场。

Chien表示,研究人员下一步需要确认Rho能够像一种朊病毒一样在它的自然宿主中产生作用。但Chien强调,这可能会很困难,因为与传统实验室生物体,例如大肠杆菌相比,肉毒杆菌较难在遗传实验中进行处理。

纽约州伊萨卡市康奈尔大学分子生物学家Jeffrey Roberts表示,发展在细菌中进行朊病毒实验的能力,将有助于揭示更多关于人类朊病毒的行为,这可能与包括阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等在内的疾病有关。

朊病毒是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质。朊病毒与常规病毒一样,具有可滤过性、传染性、致病性、对宿主范围的特异性,但它比已知的最小常规病毒小得多(30~50nm);电镜下观察不到病毒粒子的结构,且不呈现免疫效应,不诱发干扰素产生,也不受干扰作用。朊病毒对人类最大的威胁是可以导致人类和家畜患中枢神经系统退化性病变,最终不治而亡,因此世界卫生组织将朊病毒病和艾滋病并列为危害人体健康的顽疾。(来源:中国科学报 赵熙熙)

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