登上《細胞》封面！為了生存 這些病毒竟長成了“檸檬”

你心目中的病毒長什么樣？我們所熟悉的病毒，往往或者是近似于球體的正二十面體型（以腺病毒為代表）；或者是煙草花葉病毒這樣的螺旋柱狀。另外，還有一些兼具兩者特性的復合型病毒，例如噬菌體。

不過，這些形態并不是病毒的全部。在地球上某些環境極為嚴苛的隱秘角落，科學家找到了更多形態怪異，能感染古菌的病毒，紡錘狀病毒就是其中之一。這些兩頭尖、中間飽滿，形似一枚枚檸檬的病毒從何而來？

▲在接近沸騰的酸性火山熱液環境中，紡錘狀病毒與其他形態病毒的示意圖（圖片來源：Egelman lab at UVA）

近期，由美國弗吉尼亞大學與法國巴斯德研究所領導的團隊在一篇論文中揭開了紡錘狀病毒的演化路徑。作者指出，這些病毒由柱狀病毒演化而來，而形態的變化給它們帶來了巨大的生存優勢。這項研究也被選為最新一期《細胞》雜志的封面文章。

這項研究分析的對象是硫化葉菌單尾病毒1（SMV1），這種病毒的宿主生活在75~90℃的酸性火山熱液中。這些身處幾乎沸騰的極端環境的病毒，擁有一個神奇的特性：它們紡錘狀身體的一端，長出了一條“尾巴”。研究團隊指出，這個結構很可能解釋了遠古的柱狀病毒如何演化出今天的紡錘形態。

這項研究借助冷凍電鏡，獲得了SMV1蛋白質衣殼的原子結構。他們發現，一種高度疏水的蛋白很可能在病毒顆粒組裝之前，就已經整合到宿主的細胞膜上，并形成7條蛋白質鏈，在紡錘狀病毒主體與尾部之間相互滑動。

▲SMV1的冷凍電鏡結構（圖片來源：參考資料[1]）

正是因為這些蛋白質鏈，SMV1不再擁有固定的形狀，它們如同河豚一樣：隨著螺旋柱狀的直徑發生變化，病毒的衣殼“膨脹”成接近球形，從而為遺傳物質提供了更大的空間。與此同時，這些蛋白質鏈組成了一個難以通過的障礙，以避免周圍的酸性物質進入并破壞病毒的DNA。

因此，這項研究說明，今天這些紡錘形的病毒很可能是由遠古的柱狀祖先演化而來。這些柱狀病毒包含的DNA非常有限，而蛋白質衣殼向紡錘狀的轉變，可以讓SMV1相比于其祖先裝下更多遺傳物質。從演化的角度來說，可以攜帶更大的基因組，無疑是極其重要的變化。

▲從柱狀病毒轉變至紡錘狀病毒的示意圖（圖片來源：參考資料[1]）

注：原文有刪減

參考資料：

[1] Fengbin Wang et al, Spindle-shaped archaeal viruses evolved from rod-shaped ancestors to package a larger genome, Cell (2022). DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.02.019

[2] Shapeshifting volcano virus points to new ways to deliver drugs, vaccines. Retrieved Apr 1st, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/948401