Cell子刊：顛覆傳統認識！多分體病毒也存在於動物體內-單分子RNA FISH技術的應用

知識 10-20

圖說

圖為瓜伊科庫蚊病毒（Guaico Culex virus, GCXV）侵染的昆蟲細胞。圖中不同顏色表示細胞受GCXV病毒的不同組分侵染（利用不同熒光基團標記的單分子 Stellaris RNA FISH探針分別捕獲多分體病毒的不同基因組），其中僅棕色細胞包含GCXV病毒的所有組分，具有傳染性。

Michael Lindquist/Cell Press

導讀

人類病毒就像一塊可口的松露巧克力：單一的外殼中包含了其所有組分。

至少，一個多月前，科學家們還是這樣認為的。然而，8月25日在線發表於Cell Host & Microbe上的一項新研究卻讓科學家們不得不重新思索動物病毒的侵染方式。

來自美國陸軍傳染病醫學研究所的研究團隊從蚊子中發現了一種新的病毒---瓜伊科庫蚊病毒（Guaico Culex virus, GCXV），該病毒由多個不同的片段組成，蚊子必須同時擁有其中幾種特定的組分才能被成功感染。

該文在研究GCXV的多組分侵染機制時利用了LGC Biosearch公司的單分子Stellaris RNA FISH探針（國內授權代理商：基因有限公司），作者設計了一系列不同熒光基團標記分別特異性靶向5個核酸片段的探針，在熒光顯微鏡下觀察了病毒侵染細胞中GCXV不同核酸片段的共定位情況，證實該病毒確實由多個組分構成，為首次在動物體內發現的多分體病毒。

小貼士--關於多分體病毒

在某些病毒中，基因組並不是一條核酸分子，而是由多條分子組成，這樣的病毒基因組被稱作多組分基因組（或分段基因組）。多組分基因組在病毒中有兩種存在形式：（1）所有核酸組分包裹在同一病毒粒子中，如流感病毒；（2）多個核酸組分分別被不同的病毒粒子包裹，它們實際上是由幾個不同的病毒粒子所組成的複合體，這類病毒就被稱為多分體病毒。長期以來，科學家一直認為多分體病毒為植物和真菌所特有，且僅存在於正單鏈RNA（++ssRNA）病毒中，如黃瓜花葉病毒屬（Cucumovirus）和苜蓿花葉病毒（AMV） ,它們均有四條核酸鏈，但被包裝在三種或四種不同大小的粒體中。

」這是一件非常奇特的事情」，來自澳大利亞悉尼大學的病毒學家Edward Holmes（未參與該項研究）說，「就像病毒被肢解了一樣。如果你將它比作人類的身體的話，就好比一個人將他的腿、手臂和軀幹放在了不同的地方，然後某個時間，所有的部分以某種方式聚集到了一起，它們就像單個完整病毒一樣發揮作用。我認為自然界中還沒有其他物種以這種方式行動。「

大部分病毒都具有單一的結構，有些病毒的核酸會包含多個基因組，比如6個左右，但是通常所有基因組都包裹在一個微小的球狀粒體中（單分體病毒），這種病毒微粒直徑大概只有人類頭髮絲的500分之一寬。

「你可以將它想像成一個帶刺的微迷你網球，」 Edward Holmes說。

當病毒侵染細胞時，這個球狀物就附著到細胞表面，打開球體，將其基因組輸入細胞裡面。

嗖的一聲！細胞就被侵染了。這就是通常病毒侵染的過程，一個病毒顆粒附著在一個細胞上。

但是GCXV瓜伊科庫蚊病毒不是這樣的。它包含5個基因組，並且不同的基因組分別被包裹在不同的病毒粒子中（多分體病毒）。想像一下有5個網球，顏色各不相同：紅色的、藍色的、綠色的、黃色的以及橙色的。

Cell子刊：顛覆傳統認識！多分體病毒也存在於動物體內-單分子RNA FISH技術的應用

【多分體病毒GCXV核酸組成結構圖】

Cell Host & Microbe的這篇研究顯示，只有當其中四種不同顏色的「網球」都附著到細胞上時，蚊子才會受到病毒的成功侵染，否則侵染就會失敗。

「在病毒感染蚊子過程中，第五個節段似乎是可有可無的「，該文第一作者Jason Ladner稱，其可能控制著宿主的感染強度。

Jason Ladner及其研究團隊是在瓜科伊地區（Guaico）的一種庫蚊（Culex）體內發現的這種病毒，因此他們將其命名為瓜科伊庫蚊病毒（Guaico Culex Virus）。庫蚊是美國十分常見的一種蚊子，並且能夠傳播西尼羅病毒。

該研究是一項更大的項目中的一部分，這個項目旨在探究除了Zika病毒和黃熱病毒，蚊子中還有哪些潛在病毒可能會威脅到人類。

Ladner的研究團隊走遍世界各地收集蚊子，觀察其中存在哪些病毒種類，就為了在這些病毒成為人類健康的威脅之前發現並解析它們。

「我們試著確保下一個病毒病爆發時我們不會傻了眼，感到措手不及」，本文的通訊作者病毒學家Gustavo Palacios聲明，「隨著新發現的病毒正呈現出越來越大的多樣性，誰也無法預料哪一種病毒會成為下一個人類健康的威脅。「

迄今為止，瓜伊科庫蚊病毒似乎還不會侵染人類。但是Ladner及其威斯康星大學同事在烏干達的紅疣猴體內發現了這種類似病毒。

事實上，每年科學家們都會發現上千種新病毒，隨著新技術的飛速發展，目前鑒定病毒的種類已經不是一件難事了，但是要了解病毒的侵染方式和潛在致病性卻不是那麼簡單的，對於病毒而言，充滿了太多的未知性和可能性，所以我們必須防患於未然。

因此，選擇一個好的有效的研究工具就顯得極為重要。

單分子RNA FISH是近年來新興的一種RNA檢測技術，不同於DNA FISH和IHC，該技術通過設計探針，能夠特異性地識別RNA，再利用探針上標記的不同熒光染料，可以實現在顯微鏡下實時觀測單分子RNA的定位和表達情況。由於多數病毒的核酸物質為RNA，因此在病毒研究中，RNA FISH幾乎成了觀測病毒侵染及轉移的必備工具。

本文在研究瓜伊科庫蚊病毒GCXV的多組分侵染機制時就利用了LGC Biosearch公司的單分子Stellaris RNA FISH探針，作者設計了一系列不同熒光基團標記的分別特異性靶向5個核酸片段的探針（其中1-3為一組，3-5為一組），在熒光顯微鏡下觀察了病毒侵染細胞中GCXV不同核酸片段的共定位情況。

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【圖片顯示的是組分3-5探針共雜交的結果圖。箭頭指示了4種不同的侵染情況：實心三角形表示只有組分3侵染；空心三角形表示組分3和4共同侵染；正常箭頭指示的細胞受到組分3和5的共同侵染（注意該細胞組分5的表達丰度很低）；虛線箭頭表示所有研究組分都共同侵染了。scale bar=10 mm】

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