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质谱技术揭开登革热病毒的神秘面纱

来源:检验医学网    阅读:

登革热是蚊媒疾病中的一种,每年有数千万人感染,导致数千人死亡。美国疾病控制与预防中心(CDC)称,登革热是波多黎各、拉丁美洲、东南亚和太平洋岛国患病和死亡的主要原因。尽早发现、及时治疗可大幅降低并发症和死亡的风险。

 

为此,新加坡结构生物学家新加坡国立大学生物科学系副教授Ganesh Anand博士带领团队专注于开创一条全新的探索之路,利用沃特世质谱仪取得登革热病毒研究重大突破:成功将登革病毒碎裂成肽段,借助数字技术重新装配,确定了其易受攻击的靶标。并在Nature Communications《自然通讯》)和Structure上的发文,独家揭秘登革热病毒。

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新加坡国立大学的研究团队终于揭开了登革病毒的神秘面纱。

照片中为(后排从左至右)Ganesh S. Anand、Isaac Kresse、Abhijeet Ghode、Arun Chandramohan和Gideon Yosua Purwono;(中排从左至右)Madhubrata Ghosh、Xin Xiang和Xin Shan;(前景中部)Nikhil Kumar Tulsian;和(自拍者)Ranita Ramesh。

 

登革热:神秘的热带地方性疾病

登革病毒有多种病毒株或血清型,所有病毒颗粒的外观都极其相似,像一个排列紧凑的足球,具有刚性很强的结构。这样结构严密、又没有耳、目等感受器官的生物颗粒是如何得知自己进入人类宿主体内,又是如何判断何时进入感染阶段呢?答案是温度

 

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登革病毒颗粒的外观很像足球。

图片来源:霍华德·休斯医学研究所

Anand博士解释,“冷血蚊的体温往往低于28 ℃。在该温度下病毒结构紧凑规整、严丝合缝,一旦进入37 ℃的人类宿主体内,体积将会变大、粗糙且不均一,完全暴露出表面沟壑。”

这样的膨胀即使用功能最强大的显微镜也难以辨认其三维表面上的沟壑或易受攻击位点,运用离子淌度氢氘交换质谱分析技术是完美的解决方案。

 

质谱技术:将病毒颗粒表面和热点“可视化”

Anand博士采用氢氘交换质谱(HDX-MS)技术,以无害噬菌体为研究对象开展大量前期工作。“我们用胃蛋白酶将病毒颗粒碎裂成小块,通过肽段追踪氢氘交换程度。每个肽段都是一个报告分子,用来确定扩张频率最高的位置;借助数据处理软件,重新装配病毒颗粒并准确找出氢氘交换最频繁的位置。也就是潜在的易受攻击位点或靶标,我们称之为HDX热点。”

将上述信息覆盖至病毒结构,确定温度较高的区域、氘交换频率上升较快的区域,研究病毒颗粒动力学和各类型的扰动,并尝试从其它维度了解病毒在溶液中的呼吸方式。

 

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Ganesh Anand及其研团队成员庆祝文章在Nature Communications(《自然通讯》)上发表。

 

处理棘手样品:质谱灵敏度是关键

病毒研究的一大制约因素在于其难以高度浓缩和聚集,质谱灵敏度就成为了研究的先决条件。

沃特世SYNAPT G2-Si质谱仪拥有卓越的灵敏度,是利用HDX将病毒可视化的核心利器——无需制备高浓度的病毒颗粒溶液。所用登革病毒颗粒浓度相当于0.25 mg/mL包膜E蛋白,每个病毒颗粒包膜由180份蛋白拷贝组成。

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沃特世SYNAPT G2-Si质谱仪

 

“如果没有SYNAPT G2-Si,我们不会取得这一突破。要想借助HDX技术将病毒可视化,拥有一台高灵敏度仪器就如获至宝。”Anand博士对沃特世质谱仪赞赏有加。

 

解密登革病毒之后:Anand博士未来计划?

 

Anand博士表示,“我们正深入研究某些热点结构,开发设计者治疗剂(designer therapeutics)或抗体,最近还发布了一种中和抗体的抗原表位和互补位,该抗体可定位登革病毒的包膜蛋白。揭示其如何锁定整个病毒颗粒。”

Anand博士的突破证明,将质谱技术与可视化研究结合,通过深入研究热点结构,用中和抗体或其它治疗药物可对登革热病毒进行靶定。这对各类抗病毒治疗都具有启示作用。

 

文章来源:沃特世

 

 

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