我国科学家在冷冻电镜方法学研究方面取得重大突破

刘红荣正在介绍研究成果

　　自人类对疾病认识进入后基因组时代以来，科学家一直试图测定病毒的内部三维结构，这一工作近日被两位中国科学家率先完成。

　　9月18日，国际顶级学术期刊《Science》杂志发表了一篇题为“冷冻电镜揭示双链RNA病毒内部聚合酶和病毒基因组的非线轴结构”的论文(Cryo-EM shows the polymerase structures and a non-spooled genome within a dsRNA virus)。论文中，两位中国科学家首次将病毒的观察视角从“衣壳”深入到内部，改变了过去认为该类型病毒的内部基因组应呈线轴状排列的主流观点，亦用一种全新方法，开启帮助人类认知更多生物分子内部结构的大门。

　　这两位科学家分别是湖南师范大学物理与信息科学学院教授刘红荣、清华大学生命科学学院副研究员程凌鹏。刊登在《Science》杂志的论文也是他们合作研究完成的。

　　近年来，结构生物学家利用电子显微技术与X射线晶体学技术，已解析大量病毒衣壳的近原子分辨率三维结构，对衣壳蛋白分子结构形成了较为系统的认知，但对病毒内部的基因组及相关蛋白三维结构，迄今依旧一无所知。

　　经刘红荣、程凌鹏两位科学家在病毒三维重构领域的10余年合作研究，他们最近提出了一种基于二维电子显微图像解析对称失配生物大分子三维结构的新方法，并运用这个方法首次解析一种源自昆虫的双链RNA病毒内部基因组，以及其RNA聚合酶的三维结构，发现该病毒内部结构呈现“多层球状”。

图1.Structures of the RNA fragments and RdRps within the NCPV capsid

图2.Structures of the RdRp complexes within NCPV and TCPV

　　刘红荣表示，他们此番取得的研究成果，首次求解了衣壳内部基因组及相关蛋白三维结构，向病毒学领域证明了衣壳内部的核酸与蛋白质结构是可解的，势必推进人类重新认知病毒。

　　“我们这个研究更多的还是方法学，属于基础研究，对人类疾病防控及药物设计存在潜在的应用前景。”刘红荣透露，他们计划把取得成果的研究方法推广到其他的领域，尤其是生物大分子动态的三维结构研究。

　　论文的国际审稿人评价“该研究为解决病毒内部基因组三维结构及基因组同其他蛋白之间的相互作用这一重要问题迈出了坚实的一步;该研究为对称失配三维重构提供了一种全新有效的方法”。该研究改变了长期以来占据双链RNA病毒研究领域的“病毒衣壳内的基因组呈线轴状排列”的主流观点，首次为生物学家提供了病毒内部基因组及其聚合的三维结构信息。同时，从方法学上开启了研究包括病毒基因组在内的对称失配生物大分子三维结构的大门，将对结构生物学前沿研究产生重要而深远的影响。

　　据悉，刘红荣于2011年从美国加州大学洛杉矶分校博士后出站归国后，赴湖南师范大学工作，其团队主要负责从事冷冻电镜、凝聚态物理及其交叉科学的研究工作，近年来获得国家自然科学基金等项目的资助，并在国内外一流学术期刊发表多篇学术论文。

    原文链接：

    http://www.sciencemag.org/content/349/6254/1347.abstract