最近，來自美國芝加哥大學(xué)和麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員，開發(fā)出一種新的光譜方法，可有助于闡明“一種抗HIV藥物如何誘導(dǎo)病毒遺傳物質(zhì)中的致死突變”這一知之甚少的分子過程。這項(xiàng)研究結(jié)果可能有助于開發(fā)新一代的抗病毒療法。延伸閱讀：電鏡術(shù)進(jìn)展揭示HIV等病毒的秘密。

　　病毒為了適應(yīng)環(huán)境壓力，可以快速地變異。此功能還可以幫助它們對(duì)抗病毒藥物產(chǎn)生耐藥性。但是科學(xué)家們使用一種稱為致死突變的策略，已經(jīng)研制出了HIV、丙型肝炎和感冒的抗病毒藥物。

　　這種策略試圖通過促使病毒已經(jīng)很高的突變率超過一個(gè)閾值，來消滅它們。如果病毒經(jīng)歷太多的突變，它們就不能正確地管理自己的遺傳物質(zhì)。

　　芝加哥大學(xué)Andrei Tokmakoff 教授說：“它們不能復(fù)制，所以很快就會(huì)被淘汰。為了使這種方法起效，你需要一種隱形的誘變劑，病毒不會(huì)將其識(shí)別成一個(gè)問題。”

　　Tokmakoff和芝加哥大學(xué)、麻省理工學(xué)院的同事，在《PNAS》報(bào)道了抗HIV藥物KP1212隱身活動(dòng)的新細(xì)節(jié)。研究人員利用二維紅外光譜法――將超快時(shí)間分辨和化學(xué)結(jié)構(gòu)高靈敏度相結(jié)合的一種先進(jìn)激光技術(shù)，收集了支持?jǐn)?shù)據(jù)。

　　關(guān)鍵的工具

　　本文共同作者、MIT化學(xué)、毒理學(xué)和生物工程教授John Essigmann指出：“二維紅外光譜法是我們前進(jìn)的關(guān)鍵。它可讓我們探討水溶液(這是細(xì)胞的自然環(huán)境)中存在的結(jié)構(gòu)。”Essigmann是一家制藥公司的聯(lián)合創(chuàng)始人，該公司正在開發(fā)HIV的誘變抑制劑。

　　Essigmann說：“我們還做了核磁共振，其信息量是非常豐富的，但這些研究是在有機(jī)溶劑中進(jìn)行的，可能不能像Tokmakoff研究小組紅外研究那樣準(zhǔn)確地揭示細(xì)胞中發(fā)生了什么。”

　　科學(xué)家們設(shè)計(jì)了致死突變分子，如KP1212，類似于天然DNA堿基――腺嘌呤-胸腺嘧啶、胞嘧啶-鳥嘌呤堿基對(duì)。該研究的第一作者Sam Peng于2014年在MIT完成了博士論文，他指出：“這些衍生物可以結(jié)合錯(cuò)誤的堿基伙伴，因此導(dǎo)致基因突變。”生物通 www.ebiotrade.com

　　KP1212是一種胞嘧啶變異，通常會(huì)在復(fù)制過程中與鳥嘌呤配對(duì)。但是，生化實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)表明，KP1212可通過與腺嘌呤配對(duì)而誘導(dǎo)突變。一種主導(dǎo)的提議是，KP1212通過變形而衍生出其致突變性――通過將其氫原子重新定位到氮原子和氧原子上，轉(zhuǎn)換成一種不同的分子結(jié)構(gòu)。

　　科學(xué)家將這種變形結(jié)構(gòu)稱為互變異構(gòu)體。在1953年，James Watson、SB'47和Francis Crick提出了這一互變異構(gòu)體假設(shè)，當(dāng)時(shí)他們宣布發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。Peng指出：“在罕見互變異構(gòu)體中的混合氫位置，可改變氫鍵結(jié)合模式，從而導(dǎo)致不正確的堿基配對(duì)。”

　　快速測量

　　大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)工具很難區(qū)分正常結(jié)構(gòu)和變形結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈冎g的互相轉(zhuǎn)換非常迅速。用二維紅外光譜，芝加哥大學(xué)的研究人員能夠區(qū)分這兩種結(jié)構(gòu)。該小組還能夠測量，快速變形在生理?xiàng)l件下是如何發(fā)生的。

　　該研究小組希望找到僅僅兩個(gè)主要互變異構(gòu)體，但實(shí)驗(yàn)表明，還存在更多。除了采用不同于中性分子的的形式，KP1212也可以接受一個(gè)額外的質(zhì)子，從而在生理酸度(pH值約為5.5至7)上給它一個(gè)正電荷，可能產(chǎn)生更多的重排和互變異構(gòu)體結(jié)構(gòu)。Tokmakoff說：“可能性的數(shù)目呈爆炸式。”

　　實(shí)驗(yàn)還表明，質(zhì)子化和非質(zhì)子化的形式可促進(jìn)病毒的突變率。即使在質(zhì)子化形式的情況下，病毒仍然突變，只是以一個(gè)較低的速度。

　　Peng說：“我們發(fā)現(xiàn)，在生理pH值條件下，KP1212可明顯質(zhì)子化，并且這種質(zhì)子化形式可誘導(dǎo)甚至更高的突變率，達(dá)到約50%。”

　　Essigmann很驚訝又高興地發(fā)現(xiàn)，該分子能變成質(zhì)子化。該研究教導(dǎo)他的研究小組如何創(chuàng)造更強(qiáng)有力的變形――通過用原子和分子團(tuán)裝飾kp1212支架，進(jìn)一步提高其捕獲質(zhì)子的能力。

　　Essigmann說：“KP1212大約有20%的可能成為一種理想的治療誘變劑。光譜學(xué)提供的這些信息，指引著我們找到更好的誘變分子。”

　　雖然Essigmann和Tokmakoff已相識(shí)多年，但直到現(xiàn)在，他們都從事著看似遙遠(yuǎn)的研究方向。Tokmakoff的生物學(xué)研究涉及蛋白質(zhì)，而不是DNA。但是他們兩人的研究團(tuán)隊(duì)，首次能夠?qū)共《舅幬镏委煓C(jī)制進(jìn)行充分的二維紅外光譜研究。