Cell和Science两篇论文介绍大规模研究病毒的新工具

近日，一种新工具极大地扩展了研究人员分析病毒蛋白的规模，有望加快病毒学领域的基础发现，为新疫苗和新疗法的开发提供信息，并帮助人类抵御新出现的病原体。

　　

无论是乙肝病毒感染，还是新冠大流行，病毒感染总是引起人们的担忧。为了对抗病毒，人们需要了解病毒产生的蛋白质如何在体内引发变化。

近日，一种新工具极大地扩展了研究人员分析这些蛋白质的规模，有望加快病毒学领域的基础发现，为新疫苗和新疗法的开发提供信息，并帮助人类抵御新出现的病原体。

这种名为viral ORFeome（病毒开放阅读框文库）的工具于7月2日发表在《Cell》杂志上。它是目前规模最大的工具，能够在单次实验中分析数千种病毒蛋白。即使是未接受过病毒学专业训练的生物学家也能轻松使用。

通讯作者、哈佛医学院的Stephen Elledge教授表示：“这个文库以前所未有的规模揭示了病毒如何操控人类细胞。我们相信，这将改变病毒学的研究方式，从每次研究一种病毒转变为探索病毒进化出的共同策略，为了解新出现的病毒威胁奠定基础。”

随后，Elledge教授领导的研究团队利用这种工具揭示了病毒如何劫持细胞的“垃圾处理系统”，以逃避免疫攻击。这项研究成果于7月9日发表在《Science》杂志上。

目前规模最大的病毒ORF文库

据估计，有近300种病毒会对人类造成伤害，但大多数病毒及其产生的蛋白质尚未得到充分研究。科学家们往往只关注其中一小部分病毒，因为它们具有重要的医学意义（如流感病毒），或者可作为模型来了解更大的病毒群体（如狂犬病毒可作为所有弹状病毒的代表）。

研究人员指出，其他团队此前构建的病毒ORF文库主要集中在单个病毒或病毒科，每个文库可能只包含100到200条序列。

而新的ORFeome文库则包含13,000多条DNA序列，这些序列编码了513种不同病毒的约9,000种蛋白质，覆盖范围从安第斯汉坦病毒、埃博拉病毒到寨卡病毒。

文库中收录的病毒之所以被选中，是因为它们会感染人类，或者因为它们是感染动物的近亲病毒，可能会对人类构成威胁。

ORFeome本身是无害的，它编码的蛋白质无法重建任何原始病毒、自我复制或感染细胞。“这是一种安全的方法，可以单独研究病毒蛋白，而不是研究整个病毒，”哈佛医学院的Caleb Glassman博士表示。他参与了两项研究，并且是《Science》论文的第一作者。

研究人员可以从病毒ORF文库中选取1条或全部序列，并将其插入细胞培养物中，使每个细胞都能接收到制造单个病毒蛋白的指令。然后，他们可以研究哪些蛋白会影响细胞功能（如躲避免疫攻击、干扰代谢或优先进行病毒复制），以及它们是如何实现的。

这些研究结果或许能引导研究人员发现某些人类或病毒蛋白、基因或过程，通过疫苗或抗病毒药物将其失活或增强，以对抗感染。若多种病毒采用了相同的策略，则人们有望开发治疗方法来预防多种疾病。

揭示病毒学领域未被发现的功能

为了展示该工具的能力，研究团队在三种细胞类型中进行了遗传筛选，以寻找那些影响细胞增殖、阻止细胞呈递抗原，或阻断干扰素作用的病毒蛋白。

他们发现了700多种参与上述作用的病毒蛋白，其中许多蛋白质此前从未被研究过。有些虽然曾被研究过，但此前并不知晓它们具有这些特定功能。

研究团队还发现，某些病毒蛋白所发挥的作用是科学家仅凭其结构和遗传序列无法预测的。作者指出，这表明相对于计算机预测的序列而言，代表实际病毒蛋白的ORF文库具有更大的价值。

在《Science》论文中，研究团队重点鉴定了一些病毒蛋白，它们能激活“泛素-蛋白酶体”的细胞垃圾处理系统，以清除可能阻碍病毒活动的宿主蛋白。

“病毒必须快速行动，以确保细胞无法察觉它们的存在，” Glassman解释说。“它们连接泛素-蛋白酶体系统来降解某些蛋白质，使自身得到复制并躲避免疫系统的追踪。”

Glassman及其同事整理了一份能够清除宿主基因的病毒蛋白清单，并记录了这些蛋白作用于蛋白酶的哪些部分，以及它们清除的宿主细胞蛋白。在此过程中，研究团队发现了病毒采用的新策略。

“它们以多样化且创新的方式利用泛素-蛋白酶体系统，同时往往会靶向宿主通路中感知并阻断感染的早期步骤，” Glassman谈道。

例如，他们发现，轮状病毒（会引发肠道疾病）产生的名为NSP1的蛋白质，会重构宿主基因，进而形成一种在宿主细胞中很少见的泛素修饰复合物。

研究人员指出，揭示病毒的所作所为为药物开发打下了基础，有助于人们设计出既能抑制病毒活性又能保留正常功能的药物。他们期待，病毒ORFeome能推动更多新发现。