Cell頭條：奇妙的基因組“手風琴”

　　單個基因的復制就能對抗宿主抗病毒防御，這聽起來好像不太真實，但是痘病毒(poxviruses)在病毒演化過程中，通過一個基因的快速多拷貝擴增，就能適應并對抗宿主的抗病毒防御，這被稱為“基因組手風琴”(Genomic Accordions)，利用這個機制，痘病毒實現了突變率雖然低，但能快速進化，這一由Fred Hutchinson癌癥研究中心完成的成果公布在Cell雜志上。

　　同期Cell也以“Poxvirus Use a Gene Accordion to Tune Out Host Defenses”為題推薦了這項研究成果，專家們指出，“基因擴增，突變和刪除的多步驟過程，幫助痘病毒克服了宿主的抗病毒防御，這種機制能遺傳適應性，將能在許多生物學事件進行廣泛的應用。”

　　痘病毒(Poxviridae)是哺乳動物的最大及最復雜的病毒，包含兩個亞科痘病毒脊索亞科 (Chordopoxvirinae)、痘病毒昆蟲亞科 (Entomopoxvirinae)，其中最有名的就是天花病毒，天花的病原Variola病毒為Orthopoxvirus屬，這一病毒曾經摧殘全人類，目前已被撲滅，但是最近常被認為是一種有可能之再新興之疾病。其它的痘病毒如駱駝痘(camel pox)及ectromelia造成低等動物的皮膚發疹。

　　痘病毒屬于雙鏈DNA病毒，與RNA病毒不同，雙鏈DNA病毒雖然突變率低，但是卻能快速進化，從而發展出對人類和動物攻擊性強的病毒變種。那么痘病毒是采用了什么機制，實現這一進化的呢?

　　在這篇文章中，研究人員揭開了這個謎底，他們指出了這種大型的雙鏈DNA是通過一種特殊機制，從而能從宿主的免疫系統中逃脫出來，并變得具有耐藥性的，這種機制不僅有助于理解傳染疾病在動物和人類傳播的機制，而且也可以用于分析其它生物學現象。

　　文章的通訊作者為Fred Hutchinson癌癥研究中心的Harmit S. Malik，以及Nels C. Elde，或者表示，“痘病毒中有許多編碼基因，能幫助它們對抗宿主免疫防御，促進傳染”，“盡管有充足的證據表明，痘病毒基因組發生了適應性變化，克服了宿主防御，但是我們仍然不知道這一機制的具體內容。”

　　為了弄清楚這一機制，研究人員細胞培養了牛痘病毒，這是之前用在天花疫苗中的一種病毒，研究人員希望通過分析這種病毒的變化，來模擬病毒適應性進化。

　　之前的研究證明一種宿主防御蛋白：PKR(蛋白激酶R)是痘病毒傳染的主要屏障，為此痘病毒通過進化出兩個編碼基因：K3L和E3L，來對抗這一屏障。研究人員分析了牛痘病毒在敲除E3L基因后如何演化，從而在有人類PKR存在的前提下成功復制。

　　“戲劇性的是，這個‘弱化’后病毒的快速系列變化，導致其病毒株在人類細胞中能快速的復制”，Malik說。研究人員進一步分析了這種演化模式，發現病毒快速擊敗PKR，是通過選擇性的增加了基因組中K3L基因的拷貝數。

　　Malik將這種快速適應比喻成樂器手風琴的風箱在拉動的時候出現的膨脹，“當K3L拷貝數持續增多，K3L蛋白的表達也快速擴張，從而抑制了免疫系統的應答”，他說。這表明能快速擴充其基因組的病毒，具有比其它未能擴充的病毒，更具即時進化能力。

　　而且這一手風琴的比喻也有進一步的含義――除了觀察到E3L缺失病毒株的快速基因表達，研究人員還發現在獲得了一個適應性突變后，病毒又交換了一個有益的突變，形成更小的基因組印跡。

　　“我們的研究表明盡管痘病毒基因表達并不長，但是能進行有效適應性進化，這有助于它們在免疫系統，和藥理環境中存活下來”，Malik說，“找到這種擴增的方式，也許能為我們提供對抗相關病原體更有效的抗病毒策略。”