2017年4月Science期刊和Cell期刊上不容错过的与病毒相关的亮点研究
今天是四月的最后一天了，大家在享受“五一”小长假之时，小编在此提前祝大家：劳动节快乐！有诗云：人间四月芳菲尽。科学界的四月可是繁花似锦。现在小编整理了四月Science期刊和Cell期刊上与病毒相关的亮点研究，走，一起去看看吧。
Science
1.Science：基于CRISPR/Cas13a的诊断平台可检测任何RNA分子，灵敏度增加一百万倍
doi:10.1126/science.aam9321
在一项新的研究中，来自美国哈佛大学-麻省理工学院布罗德研究所（以下简称布罗德研究所）、麻省理工学院麦戈文脑研究所、麻省理工学院医学工程与科学研究所、哈佛大学怀斯生物启发工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）的研究人员将一种靶向RNA（而不是DNA）的CRISPR相关酶（即Cas13a）改造为一种快速的、廉价的和高度灵敏的诊断工具，从而有潜力引发研究和全球公共卫生变革。相关研究结果于2017年4月13日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2”。
在这项研究中，布罗德研究所成员Feng Zhang、Jim Collins、Deb Hung、Aviv Regev和Pardis Sabeti描述了这种靶向RNA的CRISPR相关酶如何被用作一种高度灵敏的检测器---能够指示最少至一个靶RNA或DNA分子的存在。论文第一作者Omar Abudayyeh和Jonathan Gootenberg将这种新的工具称为“SHERLOCK（Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter unLOCKing）”；这种技术可能有朝一日被用来应对病毒性和细菌性流行病爆发、监控抗生素耐药性和检测癌症。
在2016年6月，Zhang和他的同事们首次描述了这种靶向RNA的CRISPR相关酶（之前被称作C2c2，如今被称作Cas13a），而且能够经编程后切割细菌细胞中的特定RNA序列（Science, Published online:02 Jun 2016, doi:10.1126/science.aaf5573）。不同于靶向DNA的CRISPR相关酶（如Cas9和Cpf1），Cas13a能够在切割它的靶RNA之后保持活性，而且可能表现出不加区别的切割活性，而且在一系列被称作“附带切割（collateral cleavage）”的作用当中，继续切割其他的非靶RNA。在其发表的论文和申请的专利中，该团队描述了这个CRISPR系统的广泛生物技术应用，包括将它的RNA切割和附带切割活性用于基础研究、诊断和治疗。
在这项新的研究中，这种SHERLOCK方法的灵敏度增加了一百万倍。这种增加是由于Zhang团队和布罗德研究所成员Jim Collins合作开展研究取得的结果。Collins之前一直在研究寨卡病毒的诊断方法（Cell, 19 May 2016, doi:10.1016/j.cell.2016.04.059）。在2014年，Collins和他在怀斯生物启发工程研究所的团队开发出一种快速的基于合成纸的埃博拉病毒测试方法，该方法所使用的试剂能够在室温下运输和储存。他们随后对这种测试系统进行修改来检测寨卡病毒，并且证实他们能够通过加入低水平热量来提高RNA在样品中的浓度来提高这种系统的检测灵敏度。 通过一起合作，Zhang团队和Collins团队能够采用一种不同的依赖体温的扩增过程来提高他们的测试样品中的DNA或RNA水平。一旦这种水平增加，他们利用第二个扩增步骤将DNA转化为RNA，从而使得他们将这种靶向RNA 的CRISPR工具的灵敏度增加了一百万倍，而且这种工具能够在几乎任何环境下使用。
另外，这种CRISPR工具还包括一种RNA报告分子。当该报告分子被切割时，它会发出荧光。当Cas13a检测到靶RNA序列时，它的无区分的RNA酶活性（即附带切割活性）也会切割这种RNA报告分子，从而释放可检测到的荧光信号。
2.Science：发现一类新的巨病毒携带着有史以来最多的蛋白翻译相关基因
doi:10.1126/science.aal4657; doi:10.1126/science.356.6333.15
病毒在地球上广泛地存在。据估计，它们的数量是1031，是该星球上细菌数量的10倍，而且这一数字比银河系中的恒星数量还要多。巨病毒（giant virus）的 特征具有异乎寻常大的基因组和病毒颗粒（包围着病毒的遗传物质）。它们能够编码几种潜在地参与蛋白生物合成的基因，这一独特的特征已让人们针对它们的起源提出不同的假说。不过， 在发现一组新的具有比之前已知的任何其他病毒更加完整的翻译复合体基因的巨病毒之后，来自美国能源部联合基因组研究所（JGI）、国家卫生研究院（NIH）、加州理工学院（CalTech）和 奥地利维也纳大学的研究人员认为这组巨病毒（被称作Klosneuvirus）显著地增加了我们对病毒进化的理解。相关研究结果发表在2017年4月7日的Science期刊上，论文标题为“Giant viruses with an expanded complement of translation system components”。
据预测，Klosneuvirus的宿主是原生生物（单细胞真核微生物），尽管迄今为止它们对原生生物的直接影响仍不清楚，但是它们被认为对这些有助调节地球上的生物地质化学循环的原生生物 发挥着重大的影响。
科学家们针对巨病毒起源提出两种进化假设。一种假设指出巨病毒由一种古老的细胞（ 可能是来自灭绝的生物第四域的一种细胞，现有的生物分类是三域系统：古生菌、细菌和真核生物）进化而来。另一种假设指出巨病毒起源自较小的病毒。
乍看之下，巨病毒Klosneuvirus中的这套“细胞”基因似乎具有一种相同的起源，但是当详细地分析这些基因时，这些研究人员观察到它们来自不同的宿主。从他们构建出的进化树来看，他们注意到这些基因是这组巨病毒在它们的不同进化阶段逐渐获得的。这些来自Klosneuvirus的基因含有19种必需氨基酸（必需氨基酸总共有20种）特异性的氨酰-tRNA酶，20多种tRNA、一系列翻译因子和tRNA修饰酶。这对所有病毒（包括之前已知的巨病毒）而言，这是一项史无前例的发现。
他们发现这组Klosneuvirus巨病毒来自一种新的病毒家族。巨病毒Mimivirus也属于这个病毒家族。
Cell
1.Cell：重磅！揭示抗CRISPR蛋白阻断CRISPR系统机制
doi:10.1016/j.cell.2017.03.012
想象一下细菌和病毒一直处于军备竞赛之中。对很多细菌而言，一种抵抗病毒感染的防御线是一种复杂的RNA引导的“免疫系统”，即CRISPR-Cas。这个免疫系统的核心是一种识别病毒DNA和触发它破坏的监视复合物。然而，病毒能够反击，利用抗CRISPR蛋白让这种监视复合物不能够发挥功能。但是，在此之前，没有人准确地知道这些抗CRISPR蛋白如何发挥作用。
如今，来自美国国家过敏症与传染病研究所、斯克里普斯研究所、蒙大拿州立大学、加州大学旧金山分校和加拿大多伦多大学的研究人员首次解析出病毒抗CRISPR蛋白附着到一种细菌CRISPR监视复合物上时的结构。他们发现抗CRISPR蛋白的作用机制是封锁CRISPR识别和攻击病毒基因组的能力。一种抗CRISPR蛋白甚至“模拟”DNA，让这种crRNA（CRISPR经转录产生的RNA）引导的检测机器脱轨。相关研究结果发表在2017年3月23日的Cell期刊上，论文标题为“Structure Reveals Mechanisms of Viral Suppressors that Intercept a CRISPR RNA-Guided Surveillance Complex”。论文通信作者为来自斯克里普斯研究所的Gabriel C. Lander和来自蒙大拿州立大学的Blake Wiedenheft。
利用一种被称作冷冻电镜的高分辨率成像技术，这些研究人员发现了CRISPR系统和抗CRISPR蛋白的三个重要的方面。
首先，他们准确地观察这种CRISPR监视复合物如何识别病毒遗传物质以便发现它应当在何处发起攻击。这种监视复合物中的蛋白像握手那样缠绕在细菌crRNA的周围，让这种crRNA的特定片段暴露出来。这种特定片段扫描病毒DNA，寻找它们能够识别的基因序列。再者，这些研究人员分析了病毒抗CRISPR蛋白如何瘫痪这种监视复合物。他们发现一种抗CRISPR蛋白覆盖住crRNA的这个暴露片段，从而阻止这种CRISPR系统扫描病毒DNA。
另一种抗CRISPR蛋白采用一种不同的策略。基于这种抗CRISPR蛋白的结合位置和负电荷，这些研究人员认为它起着模拟DNA的作用，诱导CRISPR结合这种抗CRISPR蛋白，而不是入侵的病毒DNA。
这些研究人员认为这种对抗CRISPR蛋白的新认识可能最终导致人们开发出更加复杂的和更加高效的基因编辑工具。抗CRISPR蛋白可能能够被用于CRISPR系统之中来迅速阻断基因编辑，或者科学家们可能能够降解抗CRISPR蛋白来触发基因编辑。
2.Cell：40年谜题被解开 科学家成功解析巨细胞病毒和宿主之间的进化军备竞赛
doi:10.1016/j.cell.2017.03.002
最近，一项刊登在国际杂志Cell上的研究报告中，来自莫纳什大学的研究人员通过研究解开了一个长达40年的奥秘，文章中研究人员阐明了巨细胞病毒（CMV）和机体免疫系统之间长期存在的一种进化军备竞赛。
人类的巨细胞病毒俗称人疱疹病毒5型，其能够感染全世界大约50%的成年人，而且也是引发发达国家新生儿出生缺陷的主要原因。这项研究中，研究者通过深入研究揭示了为何特殊病毒能够成功休眠以及不被机体免疫系统所识别。
文章中，研究者揭示了巨细胞病毒如何进化来向机体NK细胞抛诱饵，从而让机体免疫系统误认为被感染的细胞也是健康的。Jamie Rossjohn教授表示，NK细胞的表现就好像我们机体中抵御病毒感染的最前线防御系统一样。NK细胞能够在机体中“游走”来检测细胞是否被感染，利用这种方式它们就能够知道何时杀灭感染细胞；健康细胞在其表面有着自身的标记，这些标记能够起到路标的作用来告诉NK细胞不要对其实施攻击行为，然而在机体感染期间这些自身标记的缺失也是免疫系统检测病毒的一种方式。
研究者Berry说道，这就是巨细胞病毒拦截的一种过程，其能够抛出诱饵标记物来诱骗机体免疫系统误认为已经被感染的细胞是健康的。然而机体免疫系统也会不断进化并且重塑，而这对于物种的持续生存是非常有必要的。本文研究解开了长达40年研究人员极其关注免疫系统中非常著名的蛋白功能的一个谜题，研究者发现，名为NK1.1的分子或许能够作为一种新型武器，其能够不断进化来直接识别巨细胞病毒的诱饵标记，从而使得免疫系统有效对其进行检测并且杀灭病毒。
本文整理自生物谷；
本期编辑：蒲公英