与活的有机体不同，为了避免灭绝，病毒需要劫持活的宿主机器来产生新的病毒。破坏性的呼吸道病毒，甲型流感病毒，利用它的血凝素(HA)蛋白寻找合适的宿主细胞。一般来说，HA有两个重要的功能:选择宿主细胞和病毒进入。一旦附着在宿主细胞上，甲型流感病毒通过内吞作用进入宿主细胞。脂质双分子层货物，称为核内体，携带甲型流感病毒从细胞膜进入宿主细胞的细胞质。虽然核内体的环境是酸性的，但甲型流感病毒仍然存活。更引人注目的是，HA通过结构变化介导病毒膜与宿主核内体膜融合，形成孔以释放病毒成分。这种融合事件的产生被解释为融合发生，因此这种事件所需要的血凝素结构变化被称为融合发生转变。尽管人们已经进行了大量的研究来揭示它的神秘，但这一事件的机制几十年来一直被放在潘多拉盒子里。现在，来自金泽大学的Keesiang Lim和Richard Wong及其同事已经使用高速原子力显微镜研究了HA的分子动力学，这是一种能够在纳米尺度上实时显示分子的技术。研究人员不仅能够记录HA的融合转变，还可以观察其与外泌体(一种脂质双分子层物质，类似于细胞释放到外部环境中的核内体)的相互作用。
科学家们最初观察到中性生理缓冲液下HA的天然构象，这种条件类似于宿主细胞的中性条件(pH为7.6)。在这种情况下，HA以椭球体的形式出现，这与其他工具如x射线晶体学和低温电子显微镜所得到的结果一致。黄博士和他的同事们成功地记录了血凝素在酸性环境下发生融合转变的过程。他们的HS-AFM结果表明，随着时间的推移，HA的高度和圆度/圆度下降，HA从椭球形转变为y形。研究人员确信，构象变化的发生是因为血凝素的一个特定亚基在转变后很容易被胰蛋白酶消化。
为了研究透明质酸如何促进病毒膜和宿主核内体膜的融合，Wong和他的同事让透明质酸与外泌体相互作用，外泌体是一种模拟核内体的脂质双层载体。ha -外泌体相互作用被认为类似于膜融合过程中的ha -核内体相互作用。在相互作用过程中，HA在停靠在外泌体之前再次发现了构象的变化。融合转变释放一种特殊的肽，称为融合肽，稍后插入外泌体膜，使HA分子嵌入膜上。科学家们还发现了ha -外泌体相互作用导致外泌体变形或破裂，导致外泌体材料“泄漏”的证据。
Wong和同事的发现为ha介导的膜融合机制提供了重要的见解。此外，他们的工作也证明了HS-AFM在研究生物过程中的优势。Lim和Wong兴奋地评论道:“这项研究强烈地表明，HS-AFM是一种可行的工具，不仅用于研究病毒融合蛋白的分子动力学，而且还用于可视化病毒融合蛋白与其靶膜之间的相互作用。”
背景
甲型流感血凝素(HA)是一种存在于甲型流感病毒(引起流感的罪魁祸首)表面的蛋白质，在病毒感染中发挥关键作用。血凝素的功能包括将甲型流感病毒附在靶细胞上和病毒进入。病毒附着于宿主细胞后，被困在称为核内体的脂质双分子层中，随后进入宿主细胞质。这个过程称为内吞作用。核内体的酸性环境触发HA的结构改变，使HA协调病毒膜与宿主核内体膜的融合。最后，病毒成分可以被释放到宿主细胞中，新的病毒将被制造出来。人体的主要靶细胞通常位于上呼吸道。来自金泽大学的Richard Wong和他的同事已经应用高速原子力显微镜来研究透明质酸的融合转变，以及透明质酸与脂质双分子层膜的相互作用。
原子力显微镜原子力显微镜(AFM)是一种成像技术，通过扫描一个非常小和锋利的尖端表面形成图像。通过压电元件控制尖端的水平扫描运动，而垂直运动被转换成一个高度剖面，从而产生样品表面的高度分布。由于该技术不涉及透镜，它的分辨率不受所谓的衍射极限的限制，例如在x射线衍射。在高速装置(HS-AFM)中，该方法可用于实时生成样品结构变化的电影，因为一个生物分子可以在100毫秒或更短的时间内被扫描。Wong和他的同事成功地应用了HS-AFM技术来研究HA的融合转变，以及它如何与生物颗粒的膜融合。
