南极海冰噬菌体PANV1和OANV1的冰核活性及冷冻对其感染性的影响机制研究

本研究首次揭示了具有二十面体头部和螺旋尾部的南极海冰噬菌体PANV1和OANV1的冰核活性（INP），证实其在-14°C至-25°C温度范围内可触发冰晶形成，且冷冻过程不影响病毒传染性。该发现为理解病毒在极地环境中的存活机制及气溶胶介导的冰云形成提供了新视角，对极地生态学和大气科学具有重要意义。

　　

在极地环境中，病毒作为最丰富的生物实体，其潜在的大气冰核活性（Ice Nucleation Activity, INP）长期未被充分认知。尽管已知细菌、花粉等生物颗粒能高效引发冰晶形成，但病毒这类亚微米级气溶胶的冰核能力及其环境意义仍是未解之谜。更关键的是，病毒在冰核过程中能否保持感染性，这一机制可能直接影响其在极端环境中的传播与存活。

芬兰环境研究所（SYKE）的研究团队以分离自南极威德尔海海冰的两种噬菌体——肌尾病毒PANV1和长尾病毒OANV1为研究对象，首次系统评估了具有二十面体头部和螺旋尾部（自然界最普遍的病毒形态）的病毒冰核特性。研究发现，这两种病毒在-14°C至-25°C范围内表现出显著冰核活性，其中PANV1在-17°C启动冻结，OANV1活性范围更广（-14°C至-25°C）。通过冷冻实验证实，病毒经冰核过程后仍保持完整感染性，PANV1滴度从2.7×10¹¹ pfu/mL降至1.74×10¹¹ pfu/mL，而OANV1甚至出现滴度升高现象（4.8×10¹²→5.8×10¹³ pfu/mL），推测与冻融过程解聚病毒聚集物有关。

研究采用蔗糖梯度离心纯化病毒颗粒，通过浸入式冷台（Mk-1 droplet-freezing cold stage）测定冰核活性，结合斑块分析法量化病毒感染性。数据分析采用Vali（2019）提出的微分光谱法，并校正缓冲液冻结抑制效应（如MSM缓冲液的ΔT_F=0.495°C）。

冰核活性特征
PANV1和OANV1的活性位点密度（n_n(T)）曲线显示，二者活性温度范围与已报道的烟草花叶病毒（TMV）和模型病毒Phi6相似，但显著低于藻类病毒（如EhV-207的-5°C）。宿主细菌的冰核活性较弱（-19°C至-30°C），且稀释不改变其冻结温度，表明病毒可能通过表面结构有序性（如衣壳蛋白排列）而非特定蛋白介导冰核形成。

环境意义
研究估算，假设大气病毒浓度上限为4×10⁷ particles/m³，病毒INP对极地海洋云冰晶形成的贡献不可忽视。病毒在冷冻环境中的高存活率（与永冻土中存活3万年的病毒案例呼应）提示，冰核过程可能是病毒在自然界长期存续的关键策略。

该成果发表于《Engineering Microbiology》，不仅拓展了对病毒-大气相互作用的认识，还为解释极地生态系统中病毒持久性提供了机制性证据。未来研究需揭示病毒具体冰核结构域，并评估其在全球气候变化背景下的生态气候效应。