病毒壳的原子力显微镜

显微镜用于借助探针来表征小样本，例如光学显微镜和电子显微镜中的光子和电子。在原子力显微镜 (AFM) 中，探针是位于微悬臂梁末端的纳米尖端，它触诊所研究的样本，就像盲人操纵白色手杖探索周围环境一样。通过这种方式，AFM 可以获取液体环境中单个蛋白质外壳（例如病毒）的纳米分辨率图像。

除了成像之外，AFM 还能够操纵单个蛋白质笼，并表征能够对固定尖端的微悬臂梁产生任何可测量的机械扰动的物理化学特性。在这里，我们描述了几种研究单个蛋白质笼的 AFM 方法，包括用于提取机械和静电特性的成像和光谱方法。此外，AFM 还可以发现和测试蛋白质笼的自愈能力，因为有时它们可​​能会恢复 AFM 尖端引起的断裂。除了蛋白质外壳之外，AFM 还能够探索内部的基因组，例如获得双链 DNA 的凝结状态，并测量蛋白质笼破裂时其扩散情况。

图 1. 单个病毒的 AFM 图像。 (A) T7 噬菌体成熟衣壳以 5 倍对称方向吸附。 (B) HAdV 颗粒吸附在三角形面上。 (C) 单纯疱疹病毒颗粒显示出 2 倍方向。 (D) TMV 病毒 在动态 AFM 中成像。 (E) 有包膜流感病毒。 (F) 有包膜的 HIV 病毒  (G) T4 噬菌体的病毒纤维 [1]。

图1显示了T7噬菌体、人腺病毒（HAdV）和单纯疱疹病毒颗粒分别吸附在HOPG、云母和硅烷化玻璃上。这些是具有二十面体形状的无包膜病毒的典型病例。因此，在表面吸附后，它们可以呈现5倍、3倍和2倍对称轴（插图，图1A-C）。尽管如此，AFM 还可以可视化具有其他形状和形态的病毒，包括孤立的附属物，例如病毒纤维。例如，图 1D 显示了烟草花叶病毒 (TMV) 的圆柱形结构。尽管外部脂质膜赋予它们不确定的形态，AFM 也可以对包膜颗粒进行成像，例如流感病毒（图 1E）和 HIV（图 1F）。图 1G 显示了 T4 噬菌体分离纤维的 AFM 形貌。可以说每种类型的病毒都有一个优选的表面，因为每种结构在外层暴露不同的残留物，因此需要特定的吸附方法。从实际角度来看，对蛋白质壳吸附的预测很难做出，人们使用“试错”方法来找到最佳条件。

AFM 为研究单个病毒颗粒提供了新的可能性，补充了经典的 EM 和 X 射线衍射研究。首先，AFM 通常可以在缓冲条件下处理单个病毒颗粒，这比典型的结构生物学技术更接近体内介质。尽管 AFM 成像分辨率低于其他结构生物学技术获得的病毒结构，但 AFM 能够识别不对称排序的病毒元件。其次，结构病毒学研究通常侧重于建立结构-功能关系。尽管如此，AFM可以实时研究病毒颗粒的一些物理性质，可以将上述二项式补充成为三项式：结构-功能-性质。另一方面，AFM 提供了通过机械应力诱导壳破裂来操纵单个病毒衣壳的可能性。这些实验有助于理解衣壳间的相互作用，从而为病毒的组装/分解提供线索。

【1】Pedro J. de Pablo,Atomic force microscopy of virus shells,Seminars in Cell & Developmental Biology,Volume 73,2018,Pages 199-208,ISSN 1084-9521,

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