（文章轉載自EurekAlert! ，原刊於2023年12月14日）

香港科技大學研究團隊揭示了一種鮮爲人知的藍藻病毒的高分辨率結構。這項研究有助增加對病毒侵染機制的理解，爲更加準確預測氣候變化創造了更有利的條件。研究團隊借助先進的冷凍電鏡技術，成功解析了藍藻病毒P-SCSP1u處於原生形態的近原子分辨率結構，揭示了不同組分如何組裝成完整的病毒顆粒。這項研究展示了病毒中多種蛋白質的構象，以及它們穩定病毒結構並完成侵染宿主的分子機制。

藍藻病毒與其宿主藍藻在海洋生物地球化學循環及海洋食物鏈中，具有關鍵作用。P-SCSP1u是一類MPP-C藍藻病毒中的代表成員。在已知的所有藍藻病毒中，P-SCSP1u擁有最小的基因組，且在侵染藍藻時表現出特異的行爲。但由於缺乏高分辨率的結構資料，科學家們對藍藻病毒侵染藍藻的過程所知甚少。

科大生命科學部助理教授黨尚宇及海洋科學系兼生命科學部副教授曾慶璐領導的研究團隊，利用單顆粒冷凍電鏡術對該病毒展開研究，揭示了病毒頭部衣殼的組裝機制和病毒「門-尾複合物」的分子互作機理。通過與已知結構的其他類似病毒進行比較，研究團隊提出了病毒尾部相關蛋白通過構象變化在侵染宿主時工作機制的新見解。此外，研究亦近距離觀察了該病毒控制DNA注入的「門-尾複合物」，通過與T7病毒中的類似結構進行比較，團隊鑒定位於病毒尾部中心控制DNA進出的兩個新部件，包括閥門和門控，並提出該類型病毒尾部對DNA局部控制的工作模型。

黨教授表示：「我們相信研究發現的藍藻病毒高分辨率原生結構對於理解病毒的侵染機制是一個重要且及時的貢獻。」

藍藻又稱藍細菌，是一種光合細菌，在地球生態系統中發揮著不可或缺的作用，除了産生氧氣，還是人類日常生活中消耗的大量食物和燃料的重要能量源頭。藍藻病毒通過特異性侵染藍藻，從而對藍藻的數量和行爲産生顯著影響，亦是瞭解藍藻的生長和死亡對於確定海洋碳總量、掌控地球碳循環至關重要的原因。

在陽光充足的水域中，大約有5%的藍細菌受到藍藻病毒的侵染。當侵染發生時，這些病毒接管藍藻並促使更多病毒的産生，類似於將藍藻變成一個病毒生産工廠。曾教授解釋：「這些病毒可以通過阻止藍藻利用二氧化碳來影響它們從陽光中獲得能量的過程，導致每年損失大量的碳，超過地球上所有珊瑚礁、沼澤和海洋植物所産生的碳總量。了解這些病毒的工作原理和侵染宿主的過程至關重要，因爲這有助科學家們了解它們如何影響藍藻、海洋甚至氣候。」

曾教授續指，藍藻在香港水域中非常豐富，對全球二氧化碳固定起著重要作用。藍藻的全球豐度和碳固定能力對於計算海洋碳預算至關重要。藍藻病毒是導致藍藻死亡的主要原因。研究藍藻病毒的侵染過程對了解它們如何調控藍藻種群至關重要，同時對準確估計全球碳預算和預測氣候變化十分關鍵。

曾教授進一步指：「我們的研究成果有助於未來利用病毒控制在淡水中有害藍藻的生長，抑制水華現象的發生，同時亦能推進農業生産和飲用水清潔的保障工作。」

研究成果已於近期發表在《自然通訊》學術期刊上。黨教授表示：「我們非常興奮能够和整個科學界分享我們的工作成果，也很高興地看到我們的研究成果得到了著名期刊的認可。大家的努力沒有白費。」

然而，目前發表的結構中，位於噬菌體尾部的纖維蛋白，由於其高度的柔性，仍有部分結構未被解析，但這一部分對於病毒識別和侵染其宿主非常重要。在接下來的實驗，團隊計劃通過對病毒侵染過程的模擬，解析一系列不同狀態的結構，從而更好地了解整個侵染過程，幫助團隊獲得完整纖維蛋白的結構，進而驗證在此次論文中提出的病毒侵染機制。

P-SCSP1u病毒顆粒的整體結構。

P-SCSP1u在侵染過程中DNA注入階段的DNA門控模型。

研究團隊的合影。從左到右分別是黨尚宇教授、曾慶璐教授、蔡蘭蘭博士、劉航先生（手中拿著3D打印的藍藻病毒結構），以及肖詩維先生。