科学家利用高分辨率成像技术揭示病毒入侵细胞的详细过程

病毒是如何入侵细胞的？这一长期困扰科学界的问题，如今通过高分辨率成像技术得到了前所未有的清晰解答。美国普渡大学、墨西哥生物有机化学研究院和东京工业大学的研究人员，利用结合晶体照相术与冷冻电子显微镜术的高分辨率成像技术，逼真地展示了病毒感染活体细胞的全过程。该成果由著名生物学家Michael Rossmann领导，相关论文发表于《科学》杂志，为抗病毒和抗菌治疗提供了新的视角。

研究团队将晶体照相术（crystallography）与冷冻电子显微镜术（cryoelectron microscopy）相结合，拍摄了数千张T4病毒感染大肠杆菌（E. coli）时的照片。晶体照相术可在原子级分辨率下解析单个蛋白质的结构及原子间关系，而冷冻电子显微镜术则能呈现整个病毒的形态。通过这种组合技术，研究人员首次观察到T4病毒中基底板（baseplate）从六边形蜂窝状转变为星形的动态过程，这一构象变化使病毒能够刺穿细菌外膜，并将其DNA注入细胞内。

病毒虽微小，却能执行复杂的程序。掌握T4病毒的感染机制，不仅有助于理解基础生物学，还为基因疗法提供了潜在工具。病毒可被改造为纳米级DNA注射器，将健康DNA导入遗传物质受损的细胞，用于治疗帕金森病、阿尔茨海默病等遗传性疾病。然而，将T4病毒用于基因治疗仍需克服诸多挑战。

Rossmann团队计划进一步研究中基底板蛋白质的组成，并探索其他病毒的感染机制。该研究已帮助科学家更深入地了解登革热病毒、西尼罗病毒和感冒病毒的感染过程。研究得到了美国国家自然科学基金会、国际人类前沿科学计划和霍华德休斯医学研究所的资助。