一种病毒向新加坡国立大学的研究人员交出了它长期掌握的秘密之一

通过将登革热病毒分解成片段肽，然后以数字方式重新组装，科学家确定了其脆弱的热点地区

今年美国东北部有一个寒冷、潮湿的春天。雨水带来了积水，而积水是今年夏天蚊子大丰收的滋生地。

对于我们新英格兰人来说，蚊子大多是一种滋扰；然而，对于世界其他地区的居民来说，蚊子带来了疾病和死亡。

有一种蚊子传播的疾病每年造成数千人死亡，数千万人感染，这就是登革热。根据美国疾病控制中心（CDC）的数据，它是蚊子携带的若干传染病之一，是波多黎各、拉丁美洲、东南亚和太平洋岛屿疾病和死亡的主要原因。如果在患者早期发现，及时治疗可以大大降低医疗并发症和死亡的风险。

控制登革热的一个解决方案是根除所有的蚊子。鉴于有3500种蚊子，这个想法可能行不通。一位新加坡科学家有另一个更实用的想法，他的团队的研究正在开辟新的发现之路。

加内什-阿南德博士是一位结构生物学家，也是新加坡国立大学生物科学系的副教授，新加坡是一个对登革热非常熟悉的国家。因此，当阿南德博士的研究小组在《自然通讯》和《结构》杂志上发表论文时，他们通过揭示以前未被理解的病毒的新情况，在传染病研究人员中激起了兴奋。

登革热。热带地区的一种地方性疾病产生了一个秘密

"登革热在新加坡这里很流行。我从来没有感染过它，但我知道有的学生感染过。在我长大的印度，以及热带地区的其他地方，这是一个巨大的问题。如果你从最初的感染中恢复过来，它通常不会造成任何持久的问题。你必须注意的是第二次感染，这可能会威胁到生命，"阿南德博士说。

自然界中存在着登革热病毒的几个毒株，或血清型，但它们往往有一个共同点。"他说："如果你在谷歌上搜索这种病毒，病毒颗粒的图像看起来非常相似。"它们看起来都是非常坚硬的结构，几乎像非常紧凑的足球状排列。

一个一直让阿南德博士感到好奇的问题是，像病毒这样一个没有眼睛和耳朵等感觉器官的看似僵硬的粒子，是如何意识到它已经进入人类宿主，并知道是时候进入其感染阶段的？

令他惊讶和着迷的是，这个问题的答案是：温度。

当受感染的蚊子叮咬受害者时，蚊子将其唾液腺中的登革热病毒传播到宿主的血液中，这就开始了几天的潜伏期，在此期间病毒开始复制。

"冷血蚊子的温度是28摄氏度或更低。在这个温度下，我们现在知道，病毒呈现出非常紧凑、均匀坚硬的形状，大小约为500埃。但是一旦病毒进入其人类宿主体内，它就会达到37摄氏度，并呈现出更大、更粗糙、不均匀的形状，暴露出其表面的所有这些间隙，"阿南德博士说。"令我们惊讶的是，它们毕竟不是僵硬的岩石，而是非常动态的实体。对我们来说，那是一个巨大的'阿哈'时刻。"

病毒外壳的这种膨胀或扩张是不规则的，即使是最强大的显微镜，三维表面上出现的缝隙或漏洞也不那么容易发现。这就是离子迁移率氢氘交换质谱法的用武之地。

用质谱法 "可视化 "病毒粒子的表面和热点

阿南德博士对质谱法并不陌生，他开创的一项技术已被证明不仅对描述分子如何组合在一起，而且对描述它们如何形成有价值。

"我们以前使用离子移动性氢氘交换质谱（HDX-MS）对无害的噬菌体做了大量的工作。我们知道它对研究噬菌体粒子的动力学是多么有价值。因此，在我们决定将其用于登革热病毒之前，我们知道要期待什么，以及我们可能会遇到什么挑战，"他说。

Anand博士解释了HDX的工作原理。"我们把病毒粒子用胃蛋白酶炸成小块，然后跟踪碎片肽将多少氘交换为氢。这些肽的每一个都代表报告者，它们告诉你哪里发生的扩张最多，哪里有行动。通过数据处理软件，我们可以重新组装病毒颗粒，并准确地指出表面上氢-氘交换最多的地方。这些地方代表着可能的漏洞或目标。我们称它们为HDX热点，"他说。

"一旦我们有了这些信息，我们就可以把它叠加到病毒的结构上，并确定较热的区域，或那些氘交换增加较多的区域。因此，肽确实是研究整个病毒颗粒动力学和进行任何种类的扰动分析的伟大报告者。我们现在看到了病毒在溶液中如何呼吸的另一个层面。

对于具有挑战性的样品，质谱分析的灵敏度会产生差异

正如阿南德博士解释的那样，病毒的工作很棘手。"与病毒打交道的一个主要制约因素是，它们倾向于抵制超浓缩，并成为聚合体。

"质谱灵敏度是我们研究的一个先决条件，事实证明Waters SYNAPT G2-Si质谱仪非常棒，对我们能够通过HDX可视化病毒至关重要，因为它的灵敏度非常高--我们从来没有真正达到溶液中病毒颗粒的非常高的浓度。他说："在这项研究中，我们使用的登革热病毒颗粒的浓度相当于0.25毫克/毫升的包膜E蛋白，180个拷贝形成了每个病毒颗粒的包膜。

"如果不是SYNAPT G2-Si，我们不可能完成我们所做的事情，所以我只想强调，拥有这样一台高灵敏度的仪器通过HDX对病毒进行可视化是多么关键"。- Ganesh Anand博士

阿南德博士解锁的登革热病毒的下一步是什么？

"因此，现在我们可以开始挖掘其中的一些热点来设计治疗药物或抗体。我们最近发表了一种中和抗体的表位和副表位，它能找到登革热病毒的包膜蛋白。他说："这个故事的强大之处在于，我们已经捕捉到了抗体是如何与整个病毒颗粒接触的。

"令人着迷的是，该抗体似乎足够灵活，能够与登革热病毒颗粒及其动态运动相接触，因为病毒随温度变化而变化。此外，单单是该抗体的重链就足以与登革热病毒接触并将其中和。这为设计更新的抗体提供了很多令人兴奋的机会。它具有各种各样的抗病毒治疗意义"。

阿南德博士的团队在《自然通讯》上发表的论文--以及现在的《结构》--已经激起了很多科学讨论和兴趣。"我们已经收到了来自世界各地的许多积极反馈。无论我在哪里演讲，听众中的病毒学家和免疫学家都相当惊讶和兴奋--我的意思是，没有人把质谱法与这种水平的可视化联系起来。他说："他们非常清楚针对各种病毒的意义。

"因此，对我们来说，挑战是证明，是的，我们可以挖掘这些热点，并可能用中和抗体或其他治疗方法瞄准它们。这就是让我夜不能寐的挑战。"