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你心目中的病毒长什么样？我们所熟悉的病毒，往往或者是近似于球体的正二十面体型（以腺病毒为代表）；或者是烟草花叶病毒这样的螺旋柱状。另外，还有一些兼具两者特性的复合型病毒，例如噬菌体。

不过，这些形态并不是病毒的全部。在地球上某些环境极为严苛的隐秘角落，科学家找到了更多形态怪异，能感染古菌的病毒， 纺锤状病毒就是其中之一。这些两头尖、中间饱满，形似一枚枚柠檬的病毒从何而来？

▲在接近沸腾的酸性火山热液环境中，纺锤状病毒与其他形态病毒的示意图（图片来源：Egelman lab at UVA）

近期，由美国弗吉尼亚大学与法国巴斯德研究所领导的团队在一篇论文中揭开了纺锤状病毒的演化路径。作者指出， 这些病毒由柱状病毒演化而来，而形态的变化给它们带来了巨大的生存优势。这项研究也被选为最新一期《细胞》杂志的封面文章。

“现在，我们认识到一种新的模式，来解释蛋白质如何组成病毒用于包装DNA的衣壳，”论文通讯作者，弗吉尼亚大学医学院的Edward H. Egelman教授说，“这项发现不仅能帮助我们理解特定的病毒如何演化而来，还有望为药物、疫苗的递送提供新途径。”

这项研究分析的对象是 硫化叶菌单尾病毒1（SMV1），这种病毒的宿主生活在75~90℃的酸性火山热液中。这些身处几乎沸腾的极端环境的病毒，拥有一个神奇的特性：它们纺锤状身体的一端，长出了一条“尾巴”。研究团队指出，这个结构很可能解释了远古的柱状病毒如何演化出今天的纺锤形态。

这项研究借助冷冻电镜，获得了SMV1蛋白质衣壳的原子结构。他们发现，一种高度疏水的蛋白很可能在病毒颗粒组装之前，就已经整合到宿主的细胞膜上，并形成7条蛋白质链，在纺锤状病毒主体与尾部之间相互滑动。

▲SMV1的冷冻电镜结构（图片来源：参考资料[1]）

正是因为这些蛋白质链，SMV1不再拥有固定的形状，它们如同河豚一样：随着螺旋柱状的直径发生变化， 病毒的衣壳“膨胀”成接近球形，从而为遗传物质提供了更大的空间。与此同时，这些蛋白质链组成了一个难以通过的障碍，以避免周围的酸性物质进入并破坏病毒的DNA。

因此，这项研究说明，今天这些纺锤形的病毒很可能是由远古的柱状祖先演化而来。这些柱状病毒包含的DNA非常有限，而蛋白质衣壳向纺锤状的转变，可以让SMV1相比于其祖先装下更多遗传物质。从演化的角度来说，可以携带更大的基因组，无疑是极其重要的变化。

▲从柱状病毒转变至纺锤状病毒的示意图（图片来源：参考资料[1]）

Egelman教授总结道：“对我们来说，认识病毒如何演化至关重要。但我们同样可以向病毒学习，并基于这些简单的结构开发新技术。”

参考资料：

[1] Fengbin Wang et al, Spindle-shaped archaeal viruses evolved from rod-shaped ancestors to package a larger genome, Cell (2022). DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.02.019

[2] Shapeshifting volcano virus points to new ways to deliver drugs, vaccines. Retrieved Apr 1st, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/948401