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蟑螂浓核病毒三维结构密度图绘就
本报讯(记者 张璋)：日前，由武汉大学病毒研究所李莉研究员等与中国科学院物理研究所北京电子显微镜室及美国得克萨斯州休斯敦医学院等单位人员组成的研究小组利用低温电子显微、计算机重构等技术手段对蟑螂浓核病毒三维结构进行测定成功提取出这一病毒的三维结构密度图。并通过对比研究，对构成病毒衣壳的结构和功能间的关系，以及病毒衣壳的装配过程获得了初步了解。
据了解，低温电子显微术是对含水生物大分子进行快速冷冻到液氮或液氦温度 冷冻速率>104°C/s，并在低温条件下 ～-170℃采用小于20 electron/2/s的低电子剂量成像，能够在高分辨水平上研究生物大分子的三维结构。而早期用来分析生物大分子的结构的方法——X射线晶体学射线衍射和仅对小分子作用的核磁共振波谱学技术，都有一定局限性。
据李莉介绍，尽管目前利用低温电子显微术对二十面体病毒进行三维结构重构的研究方法还有待改进，但已有的重构结果为病毒的结构、功能及它们相互关系的研究提供了有价值的信息。如病毒颗粒的细微形貌结构、单个蛋白质组元的定位和它们间的相互作用、细胞受体接点的确定、单克隆抗体接点的确定与中和机制、病毒内核酸在衣壳内的形态结构和它们间的相互作用、以及病毒衣壳的装配以至于病毒的成熟与感染机理等等。
李莉说：“生物大分子样品的高分辨三维结构的研究主要包括以下四部分内容：获得高浓度、高纯度的样品；在冷冻电镜上获得高分辨率的冷冻电镜照片；在大型计算机上利用专门的软件对冷冻电镜照片进行图像处理和三维重构；结合与病毒有关的生物化学知识对结构进行解释，以便更好地了解被研究病毒结构与功能之间的关系。”
结构生物学是近年来生物学领域迅速发展起来的一门交叉学科。由于生命各个层次的活动都建立在生物大分子三维结构的运动及其相互作用的基础上，人们长期以来一直在探索生物大分子结构与其功能的关系。随着计算机软件功能的不断增强，X射线晶体学或核磁共振波谱学已经可以解析出生物大分子复合体的单组元蛋白的原子水平结构。当原子模型嵌入到该大分子复合体的三维电子密度图中，就可实现生物大分子功能与结构之间的关系的研究，如动力蛋白的运动、核糖体和病毒核心的不同状态的结构变化研究等等。
近年来，利用结构生物学、基因学和细胞生物学知识对生物大分子结构进行阐明已经引起分子生物学的大变革，而且导致许多特别的药物设计和治疗方法的产生。随着人类基因组DNA全序列分析的提前完成，科学家们将要对更为复杂的蛋白质的结构和功能间的关系展开深入的研究。目前高分辨的蛋白质空间结构测定正以每天五个的速度增长，并且发展速度越来越快。可以预见它将成为21世纪生物学研究的新热点。李莉表示，由于受仪器设备的影响，我国目前此研究领域研究起步较晚，水平较低，离国外还有很大的差距。但是她相信，“随着我国综合国力的增强，这一领域研究肯定可以取得更大的突破”。
据悉，目前更高分辨率的三维结构的测定正在进行之中。
科学时报电子版
2003.01.27
