植物病毒样颗粒在细菌和酵母表达系统中的形成机制研究及其在生物纳米技术中的应用

《Surfaces and Interfaces》：Investigation of plant virus-like particle formation in bacterial and yeast expression systems

本研究针对RGMoV病毒样颗粒(VLPs)在细菌表达系统中易形成聚集体的难题，创新性地利用毕赤酵母染色体整合表达系统成功实现了RGCP的高效自组装。通过RNA测序和细菌双杂交技术揭示了RGCP对单链DNA的特异性结合能力，并首次证明其可封装CpG寡核苷酸形成具有温度稳定性的可调谐生物纳米容器，为疫苗开发和功能生物界面构建提供了新策略。

　　

在纳米生物技术快速发展的今天，病毒样颗粒(VLPs)作为高度有序的蛋白质纳米结构，在生物界面工程、靶向递送和模板化纳米材料合成等领域展现出巨大潜力。然而，不同表达系统对病毒衣壳蛋白(CP)自组装行为的影响机制尚不明确，特别是对于具有特殊结构的植物病毒如黑麦草斑驳病毒(RGMoV)，其CP在传统大肠杆菌表达系统中难以形成规整VLPs的问题亟待解决。

针对这一挑战，拉脱维亚生物医学研究中心的研究团队在《Surfaces and Interfaces》上发表了一项创新性研究，系统比较了三种sobemovirus衣壳蛋白在细菌和酵母表达系统中的自组装特性。研究首次发现RGMoV CP在毕赤酵母染色体整合表达系统中能成功形成VLPs，而在大肠杆菌和酿酒酵母中则主要形成聚集体。这一突破性发现为植物病毒VLPs的生产提供了新的技术路径。

研究团队采用了一系列关键技术方法：通过染色体整合的毕赤酵母表达系统实现RGCP稳定表达；利用RNA测序(RNA-Seq)分析VLPs内封装核酸的组成；采用细菌双杂交系统(BacterioMatch II)评估CP与核酸的相互作用；借助透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)表征颗粒形态；并通过体外重组实验验证CpG寡核苷酸的封装能力。

研究结果方面，在"CPs表达系统分析"部分，研究人员发现RGCP在大肠杆菌和酿酒酵母中表达时均无法形成规整VLPs，而在毕赤酵母中则成功获得了直径约28nm的均匀颗粒。"RGMoV CP在毕赤酵母中的表达"实验证实，基因组整合的表达方式避免了质粒DNA对CP组装过程的干扰，获得的VLPs在形态和热稳定性方面与天然病毒高度相似。

在"VLPs自组装影响因素表征"章节，研究揭示了RGCP对单链DNA(ssDNA)的特殊亲和力是其在大肠杆菌中形成聚集体的关键因素。通过凝胶迁移实验和细菌双杂交系统证明，RGCP与ssDNA的结合能力显著高于其他sobemovirus CPs，这种特性虽然影响了在原核系统中的正确组装，却为核酸封装应用提供了优势。

最引人注目的是"RGMoV CP来源VLPs解组装和体外重组"部分的研究成果。研究人员成功实现了VLPs的体外重组，并证明在1.5μg/μl CpG浓度下可同时形成T=1和T=3对称颗粒，而在3μg/μl时则主要形成T=3颗粒。这种结构可塑性为定制化纳米容器设计提供了可能，展示出RGMoV VLPs作为多功能生物纳米材料的巨大潜力。

该研究的结论部分强调，表达系统的选择对病毒样颗粒的正确组装具有决定性影响。毕赤酵母染色体整合表达系统成功规避了质粒DNA对RGCP组装过程的干扰，而RGCP固有的ssDNA结合特性反而成为其作为核酸载体的优势。这些发现不仅深化了对病毒衣壳蛋白自组装机制的理解，也为植物病毒VLPs在疫苗佐剂递送、功能性生物界面构建等领域的应用开辟了新途径。特别是RGMoV VLPs展示出的温度稳定性和可调谐封装特性，使其成为设计下一代疫苗平台和智能纳米设备的理想候选材料。