【科學講堂】「從二維到三維」揭秘病毒外殼組裝過程

病毒是一種奇異的物質：感覺上它們是活的，但卻並不符合我們對生物的定義——它們沒有細胞結構，也無法自行繁殖。病毒蛋白質外殼的奇異程度也不遑多讓，在合適的環境下，這個蛋白質外殼可以由零碎的部件自行組成，而在適當的刺激之下它又能夠化整為零，變回分開的部件。病毒的體型本來已經十分微小，它們的外殼以及組成的部件自然就更為微細，因此要直接觀察這些部件組成外殼的過程，一直以來都是一個難題。近日研究人員成功觀察到這個過程，幫助我們了解病毒外殼組成背後的原理。

理解病毒外殼組成的原理，亦可以帶來醫學上的益處。病毒外殼的構造過程極其精細微妙：組成部件之間的吸引力如果太弱，就無法構成穩固的外殼；假如吸引力太強，又不能方便地將遺傳物質釋放出來，甚至會把它們壓得變形。正因如此，外殼蛋白質的一點點變異，就會讓病毒無法生存。

若能以「仿生」的思路，借鑒病毒外殼來包裹藥物，就能令其到合適的地方再釋放出來，更有效地發揮效用。

以往曾有研究團隊運用高速的原子力顯微掃描，去實時觀察病毒蛋白質如何組合起來，甚至修補附近結構上有缺陷的地方。不過，這個方法只能夠應用到平面上的蛋白質結構，因此不能用來觀察整個立體蛋白質外殼的組成。另有一些研究團隊曾經利用質譜分析法，希望量度在病毒外殼組成的過程中，不同中間狀態的質量。

不過，最後發現，這個方法只能夠量度到剛開始組成或快要完成的病毒外殼的質量。研究人員也嘗試運用X光去測量病毒外殼的組成，可惜只能夠成功觀察到組成過程中的幾個步驟，未能對整個組成過程形成全面認知。

今次要介紹的研究則使用了一種「從二維到三維」的方式觀察病毒外殼的形成過程。

首先，利用脂質膜和組氨酸標籤的相互作用，將帶有標籤的蛋白亞基錨定在二維膜表面，以誘導形成關鍵的成核中間體。

然後，向體系中加入不帶標籤的自由蛋白亞基，它們以膜上的成核中間體為「種子」，繼續組裝並延伸至三維空間，形成完整病毒外殼。

最後，研究人員通過質量光子學（MP） 等技術監測過程中的時間和質量變化，推斷出病毒外殼的組裝過程。

這次的研究發現，外殼部件之間的吸引力其實較弱，而組合的開始過程很視乎這些部件能夠移動得有多快。而且以五邊形作為每個平面的基本形狀，看來可以造成較堅固的外殼。這些發現都增進了我們對病毒外殼組成的理解。

總而言之，這次談及的研究，為理解病毒外殼打開了一個新的方向。不過這個研究專注只運用一種組成部件，而且需要在一個平面的脂質膜上開始。雖然相類的原理應該在其他的狀況中也會適用，研究人員還需進一步探索其他的情境。

●杜子航 教育工作者 早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。