與活生物體不同，為了避免滅絕，病毒需要劫持活的宿主機器以產生新病毒。毀滅性呼吸道病毒A流感病毒利用其血凝素(HA)蛋白搜索合適的宿主細胞。通常，HA具有兩個重要功能：宿主細胞的選擇和病毒進入。附著于宿主細胞后，甲型流感病毒通過內吞作用被帶入宿主細胞。

一種稱為內體的脂質雙層貨物將甲型流感病毒從細胞膜攜帶到宿主細胞的細胞質中。盡管內體內部的環境呈酸性，但甲型流感病毒仍然存在。更驚人的是，HA發生結構變化，以介導病毒膜與宿主內體膜融合形成一個孔，從而釋放病毒成分。該融合事件的產生被闡述為融合，因此該事件所需的HA結構改變被稱為融合轉變。盡管已進行了廣泛的研究以揭示其神秘性，但該事件的機制已在潘多拉魔盒中保存了數十年。

現在，金澤大學的Keesiang Lim和Richard Wong及其同事使用高速原子力顯微鏡技術研究了HA的分子動力學，該技術可實現納米級分子的實時可視化。研究人員不僅能夠記錄HA的融合轉變，而且還可以觀察到它與外泌體(脂質雙層貨物，類似于細胞釋放到外部環境的內體)的相互作用。

科學家最初在中性生理緩沖液中觀察到了HA的天然構象，該條件類似于宿主細胞中性條件(pH值為7.6)。在這種情況下，HA呈橢圓形出現，這與其他工具(例如X射線晶體學和低溫電子顯微鏡)產生的發現相符。Wong及其同事成功記錄了融合轉變，這種轉變發生在HA暴露于酸性環境中時。他們的HS-AFM結果顯示了HA從橢圓形過渡到Y形，以及HA隨時間的高度和圓度/圓度的下降。研究人員確信構象變化的發生是因為過渡后HA的特定亞基變得易于被胰蛋白酶消化。

為了研究HA如何促進病毒膜與宿主內體膜之間的融合，Wong及其同事讓HA與外泌體(模仿內體的脂質雙層貨物)相互作用。預期HA-外泌體相互作用類似于膜融合過程中的HA-內泌體相互作用。在相互作用過程中，再次發現了HA的構象變化，然后?？吭谕饷隗w上。融合轉變釋放出一種特殊的肽，稱為融合肽，該肽隨后插入外泌體膜，使HA分子嵌入膜上?？茖W家還發現有證據表明，HA與外泌體的相互作用引起了外泌體的變形或破裂，導致外泌體材料的“泄漏”。

Wong及其同事的發現為HA介導的膜融合機制提供了重要的見識。此外，他們的工作還證明了HS-AFM在研究生物學過程中的優勢。Lim和Wong興奮地評論道：“這項研究強烈表明，HS-AFM是一種可行的工具，不僅用于研究病毒融合蛋白的分子動力學，而且還可以觀察病毒融合蛋白與其靶膜之間的相互作用。”

背景

甲型血凝素甲型血凝素(HA)是一種駐留在甲型流感病毒(引起“流感”或流感的元兇)表面的蛋白質，在病毒感染性中起關鍵作用。醫管局的職能包括將甲型流感病毒附著到靶細胞和病毒進入。病毒附著到其宿主細胞后，將其捕獲在稱為雙層脂質體的脂質雙層貨物中，隨后進入宿主細胞質。該過程稱為胞吞作用。內體中的酸性環境觸發HA的結構變化，以允許HA協調病毒膜和宿主內體膜之間的融合。最后，病毒成分可以釋放到宿主細胞中，并且會產生新的病毒。人類的主要靶細胞通常位于上呼吸道。

原子力顯微鏡原子力顯微鏡(AFM)是一種成像技術，其中圖像是通過掃描具有非常小的尖銳尖端的表面而形成的。尖端的水平掃描運動是通過壓電元件控制的，而垂直運動則轉換為高度輪廓，從而導致樣品表面的高度分布。由于該技術不涉及透鏡，因此其分辨率不受例如X射線衍射中的所謂衍射極限的限制。在高速設置(HS-AFM)中，由于可以在100毫秒或更短的時間內掃描一個生物分子，因此該方法可用于實時制作樣品結構變化的影片。Wong及其同事成功地將HS-AFM技術用于研究HA的融合轉變，以及它如何與生物顆粒的膜融合。