http://www.physorg.com/news112896152.html
October 29, 2007
加州大學 San Diego 分校的物理學家與華盛頓特區，美國天主教大學的生物學家證實，一種微小的病毒馬達，其所產生的動力在相對尺寸下，是一輛汽車的 2 倍。這項發現能解釋為何病毒的大規模自我組裝能如此迅速。
該研究發表於 10/23 的 PNAS 上，研究者使用雷射鑷子測量這個奈米馬達所產生的力量，那在組裝具傳染性的病毒顆粒時，將 DNA 封裝至病毒中。他們發現這個馬達比任何已知的分子馬達都來的強，包括那些負責肌肉收縮的。研究者表示，這種能力讓病毒能以非凡的速度捲繞它長長的基因組。
"基因組比病毒本身的直徑要長約 1000 倍，" Douglas Smith 解釋，UCSD 的助教授，該研究的共同作者。"那相當於將 100 碼的釣魚線捲繞並封裝到一個咖啡杯中，不過病毒能在 5 分鐘內封裝它的 DNA。"
為了該研究，研究者使用噬菌體 T4 -- 一種會感染大腸菌的微小病毒 -- 因為 T4 的特性被完善描繪，而且能在試管內經的起它的機能分析。他們表示他們應能將研究擴展到可感染人類的病毒，例如腺病毒，那會導致感冒，與皰疹病毒，那會引發水痘、帶狀皰疹與唇皰疹。
"以歷史觀點來看，噬菌體組裝的開創性研究已導致動物病毒組裝的突破，" Venigalla Rao 說，美國天主教大學的生物學教授，亦為該研究的共同作者。"尤其是皰疹病毒的組裝非常近似於噬菌體 T4，我們的研究在不遠的將來應能為「在試管系統內設置皰疹病毒」提供重要的深刻理解。"
研究者表示，他們的研究最終將導致抗病毒藥物設計更好的方法。以 DNA 封裝程序為目標的藥物，能藉由避免病毒組裝來阻斷感染循環（infection cycle）。這樣的藥物亦能病毒將其 DNA 注入細胞中的能力，因為注射是由高壓所促進，在那時遺傳物質是被封裝在病毒的外鞘（outer shell，又稱為 capsid，外殼、衣殼）中。
為了要測量分子馬達在封裝中所產的力量，研究者將一股病毒 DNA 附加到一顆微珠（microscopic bead）上，然後將另一頭附加到一個空的病毒外殼，其嘴部包含了奈米馬達。利用雷射鑷子抓住每個微珠，他們讓一股 DNA 與外殼接近。當馬達將一股 DNA 抓住並傾注進病毒外殼時，他們接著測量該馬達所產生的抵抗力，以及 DNA 被泵進去的速度。
單一分子馬達的力學測量提供了不能從傳統生化技術中獲得的資訊。
"世界各地有數個小組正使用雷射鑷子（laser tweezer）來研究分子馬達，" Derek Fuller 說，與 Smith 研究的畢業生，同時也是該論文第一作者。"因為我們測量單股 DNA 分子，故讓我們得以較之前的大量研究，那通常將個別功能（features）排除在外，研究更小尺度的動力學。"
T4 DNA 封裝馬達能夠加速或減速，猶如它能排檔一樣。研究者報告這是第一個被發現，能展現出各種不同速度的分子馬達，並指出這樣的特色具有重要的生物學機能。那或能允許能在 DNA 被封裝到病毒外鞘之前，將 DNA 修補、轉錄或重新結合 -- 交換 DNA 的位元以增加遺傳多樣性。
"封裝速率的力學變化具有意義，因為在受感染的細胞中，DNA 並不像自由分子那樣被封裝至馬達，" Rao 解釋。"那很像一個複雜與高度變化地（metabolically）活性結構。因此，這個馬達需要調整其封裝速度以適應其他程序。"
"如同一部車有煞車與排檔是件好事一樣，這個 DNA 封裝馬達不只是能夠達到 60 MPH，也能夠在遭遇阻礙時停止，" Smith 補充道。
其他貢獻者包括 UCSD 的 Dorian Raymer 與美國天主教大學的 Vishal Kottadiel。
※ 相關報導：
＊ Single phage T4 DNA packaging motors exhibit large force generation, high velocity, and dynamic variability
http://www.pnas.org/cgi/content/abstract/104/43/16868
Derek N. Fuller, Dorian M. Raymer, Vishal I. Kottadiel,＊ 分子因 DNA 串的聚合反應而自動推進
Venigalla B. Rao, and Douglas E. Smith
PNAS October 23, 2007 vol. 104 no. 43 16868-16873
doi: 10.1073/pnas.0704008104
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