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两获诺贝尔奖,差点颠覆“中心法则”的【阮病毒】,到底是什么鬼?

BioWorld BioWorld 2019-07-01

2019年1月21日,西北农林科技大学生命科学学院许晓东课题组在Nature Communications杂志发表了题为:A viral expression factor behaves as a prion 的研究论文,报道了第一个由病毒编码的朊病毒,该发现将朊病毒从之前报道的细胞生物扩展到了非细胞的病毒世界,证实了朊病毒蛋白在自然界的普遍存在。这也是朊病毒领域的一项重大突破。


朊病毒的发现之旅

1957年,美国科学家盖杜谢克(Daniel Gajdusek,1923-2008年)在巴布新几内亚东部高地发现一个土著部落Fore族,Fore族有很多人得了一种被称为库鲁病的怪病,潜伏期较长,前期患者仅感头痛及关节疼痛,继之出现共济失调、震颤、不自主运动,后者包括舞蹈症、肌阵挛等,在病程晚期出现进行性加重的痴呆,神经异常。患者多在发病3~6个月内死亡。

起初,盖杜谢克以为库鲁病是遗传病,后来他发现Fore族有食用已故亲人脏器习俗,库鲁病其实是一种传染病,致病源就是后来发现的Prion(朊病毒)。

1982年,美国生化学家史坦利·布鲁希纳(Stanley Prusiner,1942年-)Science杂志发表论文,发现并命名了朊病毒Prion。

1991年,史坦利·布鲁希纳Science杂志发表论文,揭示了朊病毒的致病机制,从而阐明了动物瘙痒症以及人类克雅氏病等致病原因。

这两篇论文的作者都只有布鲁希纳一个人,厉害了。

1976年,盖杜谢克因在库鲁病领域的杰出贡献获得诺贝尔生理学或医学奖。

1997年,布鲁希纳发现朊病毒及阐述其致病机理而获得了1997年诺贝尔生理学或医学奖。

阮病毒的不解之谜

朊病毒(prion)是蛋白质,不含有任何DNA和RNA,也就是没有遗传物质,但是却能自我复制和传播疾病。朊病毒是生物,但看起来却又违背了中心法则,现代生物学的理论基石摇摇欲坠了?

中心法则

中心法则,是现代生物学中最重要最基本的规律现代生物学的理论基石,最早由DNA双螺旋结构的发现者之一弗朗西斯·克里克于1958年提出。

遗传信息的流动方向:DNA→DNA(DNA的自我复制),DNA→RNA(转录),RNA→蛋白质(翻译),以及逆转录病毒的RNA→RNA(RNA的自我复制),RNA→DNA(逆转录)。

阮病毒的致病机制

1991年,发现朊病毒后的第9年,布鲁希纳成功阐明了朊病毒的致病机制。

朊病毒(prion)实质是一类具有感染性的特殊蛋白,朊病毒(SC型PrP型蛋白)接触到了生物体内正常的C型PrP蛋白,导致C型的变成了SC型,通过蛋白变构来批量复制自己

所以,阮病毒依然是由基因编码的,通过改变正常PrP蛋白的构象来实现自我复制和传播疾病。

还好,现代生物学的理论基石——中心法则不需要修正了。

严格说来,阮病毒这个名称并不合适,因此现在也用阮粒来称呼prion。

病毒编码的阮病毒

自阮病毒发现以来,陆续在人类、动物、植物、真菌和细菌中发现了朊病毒。其中人的朊病毒病已发现4种:库鲁病、克雅氏病、格斯特曼综合症及致死性家族性失眠症。

病毒(Virus)作为自然界中数量巨大、种类繁多的生命形式,病毒中是否存在朊病毒一直不为人所知。

2019年1月21日,西北农林科技大学生命科学学院许晓东课题组Nature Communications杂志发表了题为:A viral expression factor behaves as a prion 的研究论文,报道了第一个由病毒编码的朊病毒,该发现将阮病毒从之前报道的细胞生物扩展到了非细胞的病毒世界,证实了阮病毒蛋白在自然界的普遍存在

许晓东副教授在研究杆状病毒表达因子LEF-10时发现,该蛋白具有不同寻常的聚集行为,这种现象与朊病毒十分类似。在酵母鉴定系统中,LEF-10表现出了典型的朊病毒特征。而在病毒感染的昆虫细胞中,高表达的LEF-10可以从可溶态转变成聚集态,进而调控病毒的增殖。这些结果表明,LEF-10是一个病毒编码的朊病毒

该发现解释了生物制品工业的一个困惑,即接种杆状病毒的数量与外源蛋白产量缺乏相关性。另外,人们很早就发现疱疹病毒感染与阿尔兹海默病具有某种联系;既然病毒可以编码朊病毒,那么这种联系的中间环节很可能是疱疹病毒编码的朊病毒;这或许为老年痴呆病的防治带来一线曙光

2016届硕士研究生南昊为该论文第一作者,许晓东副教授为通讯作者,陈红英教授和英国肯特大学Mick Tuite教授为共同作者。


许老师的心路历程

整个投稿过程持续了将近一年,从最开始的心潮澎湃到后来的波澜不惊。其实仔细想想,科研的最大乐趣在于搞清楚困扰你心头的疑惑,写文章是这个过程的终点,也是这个过程的副产物。其实,发文章不就是向科学界宣告自己的发现么?按道理发表在哪种级别的杂志都是无所谓的事情,但是名利世界,谁人又能坦然面对呢?

回头看看这些年走过的路程,虽然一直是磕磕绊绊的,但是终极目标从未变过。

此时此刻,我账面上剩余的经费不足千元。只能说,对于我们这样的小课题组,原始创新的风险是巨大的。这条路很大的可能是越走越窄,以至于最终面临没有经费没有研究生的窘境。然而,我们终究是幸运的,终于活着看见了今天的朝霞

这段文字节选自许晓东老师的QQ空间

参考内容:

https://www.nature.com/articles/s41467-018-08180-z

http://science.sciencemag.org/content/216/4542/136

http://science.sciencemag.org/content/252/5012/1515

BioArtReports:首次发现病毒编码的朊病毒丨我们终究是幸运的,终于活着看见了今天的朝霞——许晓东博士的心路历程

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