中国专家揭示猴痘病毒DNA复制工作机制

中国专家揭示猴痘病毒DNA复制工作机制 中国专家在全世界首次揭示猴痘病毒DNA复制的工作机制，将为后续抗病毒药物的研发提供关键结构基础。 据《北京日报》星期四（2月8日）报道，中国医学科学院、中国科学院等在国际知名学术期刊《科学》杂志上发表这项研究成果。 猴痘是由猴痘病毒引起的人畜共患病毒性疾病，目前已造成9万2000余人感染，其基因组的复制主要由自身编码的全酶复合物完成，但该复合物的工作机制尚不明确。为此，中国科学院院士高福团队领衔开展了针对猴痘病毒DNA聚合酶全酶结构的新研究。 研究团队使用石墨烯网格制备了冷冻电子显微镜，首次解析了猴痘病毒聚合酶全酶复合物处于复制构象时的高分辨率三维结构，揭示了猴痘病毒DNA复制的工作机制与其具有可持续合成能力的作用模式。 团队称，研究成果极大地增进了对猴痘病毒基因组复制过程的了解，将为后续抗病毒药物的开发提供关键结构基础。 2024年2月8日 1:36 PM

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第一财经 - 直播区 <b>北京发现两例猴痘病毒感染病例 |</b> 近日北京市医疗机构报告两例猴痘病毒感染病例，其中一例为境外输入病例，另一例为境外输入病例的关联病例，两名病例均是...| #财经 #新闻 #资讯

科学家在最近发现的"温奇科姆"陨石中发现有关地球生命起源的新线索

科学家在最近发现的"温奇科姆"陨石中发现有关地球生命起源的新线索 一类罕见的陨石被称为"碳质陨石"，富含碳和氮等化学物质，很可能在向早期地球输送水和有机分子的过程中发挥了关键作用。温奇科姆是一块碳质陨石，据广泛观测，它于 2021 年 2 月坠落在英国，在着陆约 12 小时后才采集到第一批样本。因此，它为科学家们提供了一个研究早期太阳系有机物成分的机会，而不会出现通常会影响陨石研究的严重陆地蚀变效应。纳米级分析与发现由利兹大学、曼彻斯特大学和约克大学的科学家组成的多学科研究小组与伦敦自然历史博物馆、钻石光源、美因茨马克斯-普朗克化学研究所的同事合作，并由德国明斯特大学牵头，首次在纳米尺度上对温奇科姆陨石中的有机物进行了深入分析。他们利用位于柴郡达尔斯伯里的超级电子显微镜设施（SuperSTEM Facility）中世界上功能最强大的电子显微镜之一，将同步辐射数据与有关有机物中存在的功能化学基团性质的超高分辨率光谱信息进行了独特的关联。这幅图示意性地展示了如何非常精确地提取陨石的极薄片，以便在 X 射线光束下（在钻石光源）或在电子显微镜下（在 SuperSTEM）对富含碳化学物质的感兴趣区域进行进一步检查。资料来源：D.M. Kepaptsoglou，SuperSTEM这样就可以对含氮的生物相关分子（包括氨基酸和核碱基）进行引人注目的原位检测，而氨基酸和核碱基是生物学中使用的大型复杂蛋白质的基本组成部分。研究表明，温奇科姆仍然含有原始的地外有机分子，这些分子可能对早期地球生命的出现至关重要。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。利兹大学化学与加工工程学院高级电子显微镜学教授昆廷-拉马斯（Quentin Ramasse）是SuperSTEM实验室电子显微镜小组的负责人，他介绍说："这项工作表明，最近电子显微镜仪器的进步，包括单色高能分辨率电子源和高灵敏度的新型探测器设计，使我们能够以前所未有的分辨率和效率分析地外有机物。这为今后利用紧凑型、易于获得的电子显微镜仪器以及同步辐射研究这些材料开辟了新的途径"。前沿技术和未来影响领导这项研究的明斯特大学高级研究员克里斯蒂安-沃尔默（Christian Vollmer）说："无需使用任何化学提取方法就能在温奇科姆鉴定出氨基酸和核碱基等生物相关分子，这令人非常兴奋，尤其是我们能够在纳米尺度上突出这些分子局部浓度的空间变化。这表明，我们的方法使得绘制陨石中的功能化学图谱成为可能，即使有机域的尺寸非常小，化合物的丰度非常低"。研究人员使用了超级电子显微镜实验室（SuperSTEM Laboratory），这是英国国家先进电子显微镜研究设施，由英国工程与物理研究理事会（EPSRC）支持。该设施拥有世界上研究物质原子结构最先进的设备，由利兹大学牵头的学术联盟（还包括参与该项目的曼彻斯特大学和约克大学，以及牛津大学、格拉斯哥大学和利物浦大学）支持运营。在 X 射线光束下（钻石光源）或在电子显微镜下（SuperSTEM），可以非常精确地提取陨石的极薄片，以富含含碳化学物质的感兴趣区域为目标，进行进一步检查。收藏温奇科姆陨石的自然历史博物馆研究员阿什利-金博士说："我们的观测结果表明，温奇科姆是碳质陨石收藏中的重要一员，其原始的成分使我们对早期太阳系有机分子的认识有了新的突破"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现光合作用的原子级秘密

科学家发现光合作用的原子级秘密 了解光合蛋白质的生产论文的共同作者、研究小组组长迈克尔-韦伯斯特（Michael Webster）博士说："叶绿体基因的转录是制造光合蛋白的基本步骤，光合蛋白为植物提供生长所需的能量。我们希望通过更好地了解这一过程在详细的分子水平上能够帮助研究人员开发出光合作用更强的植物。这项工作最重要的成果是创建了一个有用的资源。研究人员可以下载我们的叶绿体聚合酶原子模型，并利用它提出自己关于叶绿体聚合酶如何发挥作用的假设，以及检验这些假设的实验策略。"光合作用是在叶绿体内进行的，叶绿体是植物细胞内的一个小区块，它含有自己的基因组，反映了叶绿体在被植物吞噬和合并之前曾是自由生活的光合细菌。看到植物叶绿体中转录光合基因的聚合酶分子。用电子显微镜收集到的单个分子图像经过分类和排列，揭示了蛋白质复合体结构架构的细节。资料来源：迈克尔-韦伯斯特和伊斯卡-普拉马尼克约翰-英纳斯中心的韦伯斯特小组研究植物如何制造光合蛋白，光合蛋白是实现这一优雅化学反应的分子机器，它将大气中的二氧化碳和水转化为单糖，并产生氧气作为副产品。蛋白质生产的第一阶段是转录，通过读取基因产生"信使RNA"。转录过程由一种名为 RNA 聚合酶的酶完成。叶绿体 RNA 聚合酶的复杂性50 年前，人们发现叶绿体中含有自己独特的 RNA 聚合酶。从那时起，科学家们就对这种酶的复杂程度感到惊讶。它比它的祖先细菌 RNA 聚合酶有更多的亚基，甚至比人类的 RNA 聚合酶还要大。韦伯斯特小组希望了解为什么叶绿体具有如此复杂的 RNA 聚合酶。为此，他们需要对叶绿体 RNA 聚合酶的结构构造进行可视化。研究小组使用一种称为低温电子显微镜（cryo-EM）的方法，对从白芥子植物中纯化的叶绿体RNA聚合酶样本进行成像。原子级分析的启示通过处理这些图像，他们建立了一个包含分子复合体中 5 万多个原子位置的模型。RNA 聚合酶复合体由 21 个亚基组成，分别在核基因组和叶绿体基因组中编码。研究人员对这一结构进行了仔细分析，从而开始解释这些元件的功能。这个模型让他们确定了一种蛋白质，它能在DNA转录过程中与DNA相互作用，并引导DNA进入酶的活性位点。另一种成分可以与正在产生的 mRNA 相互作用，从而在 mRNA 转化为蛋白质之前保护它不被蛋白质降解。韦伯斯特博士说："我们知道叶绿体 RNA 聚合酶的每一个组成部分都起着至关重要的作用，因为缺少其中任何一个组成部分的植物都不能制造光合蛋白质，因此也就不能变绿。我们正在仔细研究原子模型，以确定装配的 21 个组件中每个组件的作用。"第一作者Ángel Vergara-Cruces博士说："现在我们有了一个结构模型，下一步就是确认叶绿体转录蛋白的作用。通过揭示叶绿体转录的机制，我们的研究有助于深入了解叶绿体在植物生长、适应和应对环境条件中的作用。"共同第一作者伊斯卡-普拉马尼克（Ishika Pramanick）博士说："从极具挑战性的蛋白质纯化开始，到为这一巨大复杂的蛋白质拍摄令人惊叹的低温电子显微镜图像，再到最终看到我们的工作成果的印刷版本，在这一非凡的工作历程中有许多令人惊喜的时刻。"韦伯斯特博士总结道："高温、干旱和盐度限制了植物进行光合作用的能力。面对环境压力仍能可靠地生产光合蛋白的植物可能会以不同的方式控制叶绿体转录。我们期待看到我们的研究成果被用于开发更强健作物的重要工作中。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

冷冻阻断麻疹低温电子显微镜的突破性发现

冷冻阻断麻疹低温电子显微镜的突破性发现 研究人员准确揭示了中和抗体是如何阻止麻疹病毒感染的，并正在利用这些知识开发新的疫苗和治疗方法，通过阻止麻疹病毒与人体细胞的融合过程来抑制麻疹病毒。他们利用低温电子显微镜观察到了一种名为 mAb 77 的抗体是如何阻断这种融合的，从而获得了同样适用于其他致命病毒的见解。这项研究表明，mAb 77 有可能成为预防或治疗麻疹的鸡尾酒疗法的一部分，尤其是在易感人群中。当麻疹病毒遇到人类细胞时会发生什么？病毒机制以适当的方式展开，揭示出使其自身与宿主细胞膜融合的关键部分。一旦融合过程完成，宿主细胞就完了。它现在属于病毒了。麻疹研究和疫苗开发的进展拉霍亚免疫学研究所（LJI）疫苗创新中心（Center for Vaccine Innovation）的科学家们正在努力开发能够阻止这种融合过程的新型麻疹疫苗和疗法。研究人员最近利用一种名为冷冻电子显微镜的成像技术，以前所未有的细节展示了一种强效抗体如何在病毒完成融合过程之前就将其中和。研究人员捕捉到了与麻疹融合糖蛋白（绿色）结合的新型中和抗体（蓝色）的结构。这种抗体产生了一种独特的中和机制，通过基于细胞的测定和结构生物学的结合得到了解释。资料来源：Dawid Zyla, LJI"这项研究令人兴奋的地方在于我们捕捉到了融合过程的快照，"LJI 教授、总裁兼首席执行官 Erica Ollmann Saphire 博士解释说，她与哥伦比亚大学儿科病毒分子发病机制教授 Matteo Porotto 博士共同领导了这项科学研究。"这一系列图像就像一本翻书，我们看到了融合蛋白展开过程的快照，但随后我们又看到抗体在完成融合过程的最后阶段之前将其锁定在一起。我们认为其他针对其他病毒的抗体也会做同样的事情，但以前还没有这样的图像。"事实上，这项工作的重要性可能超越麻疹。麻疹病毒只是副黏液病毒家族中的一员，该家族还包括致命的尼帕病毒。尼帕病毒的传染性较低，但造成的死亡率却比麻疹高得多。"我们所了解到的融合过程对尼帕病毒、副流感病毒和亨德拉病毒都有医学意义，"该研究的第一作者、LJI 博士后研究员 Dawid Zyla 博士说，"这些都是具有大流行潜力的病毒。"麻疹治疗的迫切需要麻疹是一种高度传染性的空气传播疾病，儿童往往是重灾区。尽管在疫苗接种方面做了大量工作，但该病毒仍然是一个重大的健康威胁。根据世界卫生组织和美国疾病控制中心的数据，2022 年麻疹在全球造成约 13.6 万人死亡，最近在美国十几个州也爆发了麻疹疫情。受害者大多是未接种疫苗或接种疫苗不足的五岁以下儿童。"麻疹造成的儿童死亡人数比任何其他疫苗可预防疾病都多，它也是已知传染性最强的病毒之一，"Saphire 说。Zyla 解释说，面临风险的不仅仅是幼儿。"Zyla说："目前的疫苗效果很好，但孕妇或免疫系统受损的人不能接种。研究第一作者、LJI 博士后研究员 Dawid Zyla 博士 资料来源：Matthew Ellenbogen目前还没有治疗麻疹的特效药，因此研究人员正在寻找抗体，作为预防严重疾病的紧急疗法。为了更好地了解麻疹病毒是如何与细胞融合的，LJI 团队使用了一种名为 mAb 77 的抗体。研究人员发现，mAb 77 的靶标是麻疹融合糖蛋白，它是麻疹病毒通过一种叫做融合的特殊过程进入人体细胞的机器。mAb 77 能否作为治疗麻疹的抗体？为了找出答案，珞珈山国际学院的科学家们研究了这种抗体究竟是如何对抗病毒的。LJI 团队需要设计出一种麻疹融合糖蛋白一种无害的病毒片段足够稳定，可以用冷冻电子显微镜成像。为此，Zyla 与哥伦比亚大学 Porotto 实验室的科学家密切合作。波罗托的研究小组在一种攻击人们中枢神经系统的麻疹变种中发现了一些奇怪的突变。这种变异病毒的融合糖蛋白结构中存在一些薄弱环节。为了弥补这一缺陷，病毒进化出了特殊的稳定变异。波罗托说："病毒必须发生变异才能进入大脑，但这时它需要这些稳定变异来弥补。"得益于哥伦比亚大学的这些发现，Zyla 有了一个简便的蓝图，可以利用这些相同的稳定突变来设计一种融合糖蛋白。这种新的融合糖蛋白可以在细胞培养中大量生产，而且足够坚固，可用于结构研究。Zyla说："我们获得了极高的糖蛋白产量，这也使我们能够进行结构生物学、生物化学和生物物理研究。"接下来，研究人员开始借助 LJI 冷冻电镜核心捕捉图像。新图像显示了融合糖蛋白与 mAb 77 的"复合体"。研究人员发现，mAb 77 能在融合过程的中间阶段阻止病毒此时融合糖蛋白已经完成了部分"折叠"，形成了完成膜融合的正确构象。最后，研究人员终于弄清了 mAb 77 是如何将融合糖蛋白的碎片锁在一起以防止病毒感染的。既然知道了 mAb 77 的作用原理，研究人员希望这种抗体能作为鸡尾酒疗法的一部分，用于预防麻疹或治疗活动性麻疹感染者。在一项后续实验中，研究人员发现，在棉鼠感染麻疹病毒的模型中，mAb 77 能显著预防麻疹。棉鼠在暴露于麻疹病毒之前接受了 mAb 77 的预处理，其肺部组织没有出现感染或感染迹象有所减少。展望未来，Saphire 和 Zyla 有兴趣研究不同的麻疹抗体。Zyla说："我们希望在过程的不同阶段停止融合，并研究其他治疗机会。"Zyla 还计划继续与哥伦比亚大学的麻疹研究人员密切合作。LJI的结构生物学专业知识与哥伦比亚大学的细胞生物学和病毒学专业知识相结合，是推进这个项目的关键。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

研究人员通过低温电子显微镜揭示了复制酶的原子结构

研究人员通过低温电子显微镜揭示了复制酶的原子结构 图中显示的是一种被认为与生命起源有关的 RNA 聚合酶核糖酶。图中的核糖酶被冰冻起来，象征着它是如何被及时冷冻以进行成像的，以及它是如何在冰冷的条件下发挥最佳作用的。黄/红光突出显示了活性位点，透明显示了模板-产物螺旋的拟议位置。图片来源：Rune Kidmose错综复杂的生命分子机制是如何从简单的起点产生的，这是一个长期存在的问题。一些证据表明，在原始的"RNA 世界"中，"RNA 复制机"（即所谓的复制酶）开始复制自身和其他 RNA 分子，从而启动了进化和生命本身。然而，古老的复制酶似乎已经消失在时间的长河中，它在现代生物学中的作用已被更高效的蛋白质机器所取代。为了支持"RNA 世界"假说，研究人员一直试图在实验室中重新创造出一种等效的 RNA 复制酶。虽然已经发现了这种古代复制酶的分子"二重身"，但由于难以确定动态 RNA 分子的结构，它们的详细分子结构和作用方式仍然难以确定。嗜冰 RNA 复制酶的结构在发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）的一篇研究论文中，一个研究小组首次利用低温电子显微镜（cryo-EM）报告了 RNA 复制酶的原子结构。正在研究的 RNA 复制酶是由 Holliger 实验室（英国剑桥大学 MRC LMB）开发的，能够在共晶冰相（类似于冰渣）中利用核苷酸三联体高效复制长模板。现任奥胡斯大学助理教授的 Emil L. Kristoffersen 从霍利格实验室博士后学习归来后，促成了与安德森实验室（丹麦奥胡斯大学）的合作，通过低温电子显微镜确定了 RNA 复制酶的结构。有趣的是，该结构与基于蛋白质的聚合酶有着惊人的相似之处，其模板结合、聚合和底物分辨结构域的分子形状类似于一只张开的手。"我们惊讶地发现，我们在试管中人工进化出的核糖酶竟然具有天然存在的蛋白质聚合酶的特征。"英国剑桥大学 MRC LMB 项目负责人 Philipp Holliger 解释说："这表明，无论材料是 RNA 还是蛋白质，进化都能发现趋同的分子解决方案。"RNA 世界中的 RNA 合成模型为了更好地了解 RNA 复制酶的工作原理，研究人员进行了全面的突变研究，以突出 RNA 结构的关键要素。这项分析证实了催化位点的特征，同时也揭示了两个所谓的"接吻环"相互作用的重要性，这两个相互作用将支架亚基和催化亚基结合在一起，同时也揭示了一个特定的RNA结构域对保真度的重要性，即复制酶复制RNA链的准确性。虽然研究人员无法确定复制酶在积极复制 RNA 时的"作用中"结构，但他们还是建立了一个与所有实验数据相一致的基于 RNA 的 RNA 复制模型。"冷冻电镜是研究 RNA 分子结构和动态特征的一种强大方法。通过将低温电子显微镜数据与实验相结合，我们能够建立这种复杂的 RNA 机器内部运作的模型。"Ewan McRae 告诉我们，他在奥胡斯大学安德森实验室做博士后时曾从事过低温电子显微镜工作，现在已经在美国得克萨斯州休斯顿卫理公会研究所成立了自己的研究小组。RNA 纳米技术和医学的灵感来源这项研究令人兴奋地首次看到了被认为位于生命之树根部的 RNA 复制酶。然而，目前开发的基于 RNA 的复制酶效率很低（与基于蛋白质的聚合酶相比），还不能维持自身的复制和进化。这项研究提供的结构洞察力可能有助于设计更高效的复制机制，从而让我们更接近在试管中开发 RNA 世界的情景。"通过使用可能存在于 RNA 世界中的化学修饰，RNA 复制酶的特性可能会得到进一步改善。"丹麦奥胡斯大学副教授 Ebbe Sloth Andersen 解释说："此外，对生命起源的研究还发现了几种新型 RNA 构建模块，可用于新兴的 RNA 纳米技术和医学领域。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：