? ? ? ?今天介紹的是桿狀病毒(Baculovirus)。由于它們可以通過晶體制備方法制備出大晶體，因此它們被稱為活著的寶石。

簡介

? ? ? ? 桿狀病毒(Baculovirus)是一種無脊椎動物病毒。節(jié)肢動物、鱗翅目昆蟲、膜翅目昆蟲與雙翅目昆蟲為自然宿主。目前，桿狀病毒分為四屬85種。眾所周知，桿狀病毒會感染昆蟲，已有600多種宿主物種被描述。鱗翅目(蛾和蝴蝶)是最常見的宿主，但這些病毒也被發(fā)現(xiàn)感染了葉蜂和蚊子。雖然桿狀病毒能夠在培養(yǎng)中進入哺乳動物細胞，但它們并不能在哺乳動物或其他脊椎動物細胞中復(fù)制。從20世紀40年代開始，它們被廣泛應(yīng)用和研究作為農(nóng)田生物殺蟲劑。桿狀病毒含有一種圓形的雙鏈DNA(dsDNA)基因組，范圍從80到180kbp不等。

歷史

? ? ? ? 桿狀病毒最早的記錄可以在文獻中找到，早在16世紀的“痿病”感染蠶幼蟲的報道。從20世紀40年代開始，這種病毒作為生物農(nóng)藥在農(nóng)田中被廣泛使用和研究。自20世紀90年代以來，它們已被用于在昆蟲細胞培養(yǎng)中生產(chǎn)復(fù)雜的真核蛋白(Sf21、High Five細胞）。這些重組蛋白已用于研究，并作為人類和獸醫(yī)治療的疫苗(例如，預(yù)防雞中H5N1禽流感最廣泛使用的疫苗是在桿狀病毒表達載體中生產(chǎn)的)。最近，桿狀病毒被發(fā)現(xiàn)可以通過合適的啟動子轉(zhuǎn)導(dǎo)哺乳動物細胞。

病毒生命周期

? ? ? ? ?桿狀病毒生命周期涉及兩種不同形式的病毒。包涵體病毒(ODV)存在于蛋白質(zhì)基質(zhì)(Polyhedrin或Granulin)中，負責宿主的原發(fā)性感染。而芽生病毒（BV)在繼發(fā)性感染期間從受感染的宿主細胞中釋放出來。桿狀病毒在700多種宿主物種中具有非常特定的物種性。鱗翅目是最常見的宿主，但這些病毒也被發(fā)現(xiàn)感染了葉蜂和蚊子。有關(guān)蝦和甲蟲桿狀病毒感染(椰蛀犀金龜)的報告被發(fā)現(xiàn)是努迪病毒(Nudivirus)，這是與桿狀病毒密切相關(guān)的病毒。通常情況下，當易感宿主昆蟲以被病毒所感染的植物為食時，最初的感染就會發(fā)生。蛋白質(zhì)基質(zhì)在宿主中腸(胃)的堿性環(huán)境中溶解，釋放ODV；然后融合到宿主腸的柱狀上皮細胞膜上，并被帶入內(nèi)體細胞，病毒從內(nèi)體逃逸并被輸送到核。這一步可能是由肌動蛋白絲介導(dǎo)的。病毒轉(zhuǎn)錄和復(fù)制發(fā)生在細胞核中，新的BV顆粒從基底外側(cè)發(fā)芽，系統(tǒng)傳播感染。BV在芽生過程中獲得了一種松散的宿主細胞膜，具有表達和顯示的病毒糖蛋白。

? ? ? ?桿狀病毒感染后，出現(xiàn)了三個不同的階段：早期(0-6 h)、晚期(6-24 h)與極晚期(18-24 h)，而BV在晚期階段產(chǎn)生，ODV形式在晚期階段產(chǎn)生，從宿主細胞核獲取包絡(luò)，嵌入到包涵體蛋白基質(zhì)中。當細胞溶解后進一步傳播桿狀病毒感染到下一個宿主時，這些閉塞體就會釋放出來。細胞的廣泛裂解經(jīng)常導(dǎo)致宿主昆蟲字面上的解體，從而導(dǎo)致“痿病”。完整的ODV顆粒耐光、耐熱，而BV對環(huán)境敏感。在感染毛蟲時，感染的晚期會導(dǎo)致宿主在不休息的情況下進食，然后爬到樹的較高部分，包括它們通常避免的暴露在那里的地方，因為它們有捕食者的風險。這是病毒的一個優(yōu)點，如果(當宿主溶解時)它可以滴到葉子上，這些葉子將被新的宿主吃掉。

病毒結(jié)構(gòu)

? ? ? ? 研究最多的桿狀病毒是苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒/苜蓿銀紋夜蛾桿狀病毒(AcMNPV)。這種病毒最初是從苜蓿銀紋夜蛾中分離出來的，含有134kbp基因組，有154個開放閱讀框架。主要衣殼蛋白VP39與一些小蛋白形成核衣殼(21 nm×260nm)，與p6.9蛋白結(jié)合DNA。BV從細胞膜中獲得其包膜，需要一種糖蛋白GP64，才能傳播全身感染。這種蛋白質(zhì)在芽生病毒顆粒的一端形成稱為棒狀包膜粒(peplomers)的結(jié)構(gòu)，但在ODV上并不存在(盡管其他幾種蛋白質(zhì)只與ODV形式有關(guān))。兩種形式的病毒包膜的脂質(zhì)成分也存在一些差異。而BV包膜由磷脂酰絲氨酸組成，ODV含有磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺。在AcMNPV基因組中確定了核衣殼組裝基本元素(NAE)。NAE是ac83基因中的一個內(nèi)部順元素。核衣殼組裝不依賴于ac83蛋白產(chǎn)品。

GP64

? ? ? ?Gp64是一種同種三聚體膜糖蛋白，在桿狀病毒中存在。它由512個氨基酸(aa)組成，在天冬酰胺殘基上有4個糖基化位點，具有n端信號序列(20aa)、寡聚和融合域和c端附近的水膜域(7aa)。它在感染周期的早期和晚期都產(chǎn)生，在感染后24-26 h中合成的最大速率。分子間半胱氨酸鍵的三聚化似乎是蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞表面的關(guān)鍵一步，只有33%的合成蛋白到達細胞表面，因為單分子Gp64在細胞內(nèi)被降解。Gp64對于有效的病毒芽生和感染周期細胞間的傳播以及病毒進入是必不可少的，即導(dǎo)致病毒宿主和內(nèi)源性介導(dǎo)的細胞吸收。Gp64膜蛋白的主要功能是導(dǎo)致ph介導(dǎo)的包絡(luò)融合到核內(nèi)體。雖然Gp64具有多種基本功能，但據(jù)報道，Gp64缺陷桿狀病毒可以與其他病毒糖蛋白(如水泡性口炎病毒的棘突蛋白VSV-G)替代。這些替換將生成功能性病毒。

F蛋白

? ? ? ? ?在苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒(AcMNPV)、家蠶核型多角體病毒(BmNPV)和樅樹毒蛾核型多角體病毒(OpMNPV)中，桿狀病毒膜蛋白為GP64。

? ? ? ? 有少數(shù)桿狀病毒，例如舞毒蛾核型多角體病毒/舞毒蛾桿狀病毒(LdMNPV)與棉鈴蟲核型多角體病毒/棉鈴蟲桿狀病毒(HaSNPV)，它們沒有GP64，只有F蛋白。F蛋白同樣起到誘導(dǎo)病毒進行膜融合的作用，只是能力不如GP64。

進化史

? ? ? 桿狀病毒被認為是3.1億年前從努迪病毒(Nudivirus)進化而來的。

應(yīng)用

? ? ? ? 桿狀病毒不能在哺乳動物和植物細胞內(nèi)復(fù)制。它們可以感染的宿主范圍有限，通常局限于數(shù)量有限的密切相關(guān)的昆蟲種類。由于桿狀病毒對人類無害，它們被認為是用于研究應(yīng)用的一種安全選擇。

? ? ? ? 桿狀病毒在昆蟲細胞中的表達代表了一種生產(chǎn)重組糖蛋白或膜蛋白的可靠方法。桿狀病毒產(chǎn)生的蛋白質(zhì)目前正在作為治療性癌癥疫苗進行研究，與哺乳動物來源的蛋白質(zhì)相比，桿狀病毒產(chǎn)生的蛋白質(zhì)具有若干免疫優(yōu)勢。

多角體蛋白

? ? ? ? 多角體(Polyhedrin)蛋白是一種形成包涵體(也稱為多角體)的病毒蛋白，這種大結(jié)構(gòu)可以在很長一段時間內(nèi)保護病毒顆粒不受外界環(huán)境的影響，直到它們被易感昆蟲攝入。它們出現(xiàn)在各種病毒中，包括核型多角體病毒(NPV)和顆粒病毒(GV)。GV在每個包涵體中包含一個病毒，而NPV在每個包涵體中包含大約5~15個病毒。

? ? ? ?多角體蛋白的晶格為體心立方晶格(Body Centered Cubic/BCC)，而金剛石的晶格是面心立方晶格(Face Centered Cubic/FCC)，石墨的晶格是六方晶系(Hexagonal Crystal)。