就像微型機械修理店一樣,，一些病毒也能在微型馬達幫助下實現(xiàn)自我組裝,。如今,，科學家已經(jīng)弄清楚病毒中自然分子馬達的結(jié)構(gòu)和工作原理,。此發(fā)現(xiàn)將導致產(chǎn)生新的用藥辦法來對抗疾病,，如由病毒引起的皰疹,，因為這種致病病毒具有類似的分子馬達,。此研究詳細內(nèi)容發(fā)表在12月26日出版的《細胞》雜志上。此發(fā)現(xiàn)暗示將有新辦法對抗危險的微生物,。
病毒不同于細菌和其它生命形式,，它們只有在寄主細胞內(nèi)才能生長和復制，離開寄主細胞就會死亡。
因此,，確切知道它們在我們?nèi)梭w內(nèi)是如何繁衍壯大將是我們控制或摧毀它們的關(guān)鍵,。為了解這一切，研究人員利用二種成像技術(shù)來觀察噬菌體T4病毒的情況,。此T4病毒可以感染細菌,，在這種情況下，T4病毒的寄主細菌是大腸桿菌,。大腸桿菌在溫血動物腸道內(nèi)普遍存在,，通常無害，但一些變體能導致食物中毒,。結(jié)果是,，研究人員發(fā)現(xiàn)一個病毒在裝配時將DNA組裝進其頭部（或稱殼體）的“分子馬達”。研究人員表示,， DNA的組裝是病毒繁殖和感染新宿主的重要一步,。而噬菌體T4病毒在將DNA插進殼體時需要馬達的幫助。
研究人員還發(fā)現(xiàn),，封裝馬達是由兩個蛋白環(huán)狀結(jié)構(gòu)組成,，這兩個環(huán)狀結(jié)構(gòu)含有5個由蛋白gp17組成的片斷。研究人員用X射線晶體學方法發(fā)現(xiàn)了這些蛋白片斷的原子結(jié)構(gòu),。他們還通過冷凍電子顯微鏡觀察了馬達環(huán)狀結(jié)構(gòu)的更詳細情況：一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)位于另一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)的上面,，上部環(huán)狀結(jié)構(gòu)的每個蛋白片斷與下面環(huán)狀結(jié)構(gòu)的相應(yīng)片斷分享同一個gp17。一個gp17有兩個片斷,，一個在底部環(huán)狀結(jié)構(gòu),，另一個在上面的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。其工作原理是：底部環(huán)狀結(jié)構(gòu)首先附著DNA ,，然后由上面環(huán)狀結(jié)構(gòu)將它拉到上面,，再將DNA推進殼體。馬達的頂部環(huán)狀結(jié)構(gòu)則通過帶相反電荷的靜電作用向上拉動底部環(huán)狀結(jié)構(gòu),。
病毒由頭尾兩部分組成,。封裝DNA的馬達位于尾部。在完成封裝后,，大部分馬達會減少,，使得尾部附著到殼體上。研究數(shù)據(jù)還顯示,，馬達是通過兩種存在狀態(tài)――松弛和收縮來產(chǎn)生動力,。當頂部環(huán)狀結(jié)構(gòu)吸引下面環(huán)狀結(jié)構(gòu)時就處于收縮狀態(tài)。研究人員發(fā)現(xiàn)T4 病毒的馬達非常強大,，其動力是汽車引擎的2倍,，是肌肉肌球蛋白的20倍,。為此，美國普渡大學和天主教大學的研究人員還形象地提出了馬達的一個工作原理,，稱馬達的一部分像汽車引擎的活塞一樣運動,，逐漸將遺傳物質(zhì)拖進病毒的頭部。
DNA是由堿基對組成的螺旋結(jié)構(gòu),。在T4病毒中，其分子馬達將近17.1萬堿基對裝進了其120納米×86納米大的頭部,。相比之下,，人類頭發(fā)直徑大約為8萬納米，而人體基因組大約有30億對堿基,。由于皰疹病毒和其他一些病毒含有相似的DNA封裝馬達,，這一發(fā)現(xiàn)將幫助科學家設(shè)計干擾這些馬達的藥物，以治療一些病毒感染,。這一發(fā)現(xiàn)還有其他應(yīng)用前景,，如開發(fā)當前抗體的替代品。（生物谷Bioon.com）
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Cell,，doi:10.1016/j.cell.2008.11.015,，Michael G. Rossmann，Venigalla B. Rao
The Structure of the Phage T4 DNA Packaging Motor Suggests a Mechanism Dependent on Electrostatic Forces
Siyang Sun1,3,Kiran Kondabagil2,3,Bonnie Draper2,Tanfis I. Alam2,Valorie D. Bowman1,Zhihong Zhang2,Shylaja Hegde2,Andrei Fokine1,Michael G. Rossmann1,,andVenigalla B. Rao2,,
1 Department of Biological Sciences, Purdue University, 915 W. State Street, West Lafayette, IN 47907-2054, USA
2 Department of Biology, The Catholic University of America, 620 Michigan Avenue NE, Washington, DC 20064, USA
3 These authors contributed equally to the work
Summary
Viral genomes are packaged into procapsids by powerful molecular motors. We report the crystal structure of the DNA packaging motor protein, gene product 17 (gp17), in bacteriophage T4. The structure consists of an N-terminal ATPase domain, which provides energy for compacting DNA, and a C-terminal nuclease domain, which terminates packaging. We show that another function of the C-terminal domain is to translocate the genome into the procapsid. The two domains are in close contact in the crystal structure, representing a tensed state. A cryo-electron microscopy reconstruction of the T4 procapsid complexed with gp17 shows that the packaging motor is a pentamer and that the domains within each monomer are spatially separated, representing a relaxed state. These structures suggest a mechanism, supported by mutational and other data, in which electrostatic forces drive the DNA packaging by alternating between tensed and relaxed states. Similar mechanisms may occur in other molecular motors.
