重新编程病毒衣壳的形状可以推进生物医学

生物工程师已经找到了一种方法，通过结合病毒蛋白构建块和 DNA 制成的模板来编程病毒颗粒的大小和形状。由此产生的纳米结构可应用于疫苗开发和体内药物运输。

病毒衣壳蛋白(保护病毒基因组的蛋白质)可用于构建结构精确的蛋白质组件。然而，它们的形状和几何形状很大程度上取决于病毒株。无论最初的病毒蓝图如何，对这些组件进行重新编程对于药物输送和疫苗开发来说都是一种有趣的可能性。

科学家们通过生成一个“结构化基因组”模板来应对这一挑战，衣壳蛋白可以在该模板上组装。为了避免使灵活的基因组变形并产生意想不到的形状，他们使用了刚性的 DNA 折纸结构。这些结构的长度只有几十到几百纳米，但完全由DNA组成，可以精确地折叠成所需的模板形状。

“我们的方法基于 DNA 纳米结构的负电荷和衣壳蛋白的正电荷结构域之间的静电相互作用，以及单个蛋白质之间的内在相互作用。通过改变蛋白质的用量，我们可以微调高度有序的蛋白质层的数量，这些蛋白质层封装了 DNA 折纸，”阿尔托大学的主要作者兼博士研究员 Iris Seitz 说。

“通过使用 DNA 折纸作为模板，我们可以将衣壳蛋白引导成用户定义的尺寸和形状，从而产生长度和直径都明确的组件。通过测试各种 DNA 折纸结构，我们还了解了模板的几何形状如何影响整个组装，”Seitz 补充道。

合作科学家 Juha Huiskonen 教授解释说：“借助低温电子显微镜成像，我们能够在组装时可视化高度有序的蛋白质，并由此测量由不同模板引起的组装体几何形状的微小变化。”来自赫尔辛基大学。

“我们找到了一种简单但有效的策略，可以将衣壳蛋白(重新)引导到所需的形状。我们的方法具有适应性，因此不限于单一衣壳蛋白类型，正如我们用来自四种不同病毒的衣壳蛋白所证明的那样。此外，我们可以调整我们的模板，使其更加与应用相关，例如通过将 RNA 整合到折纸中，随后可以将其转化为有用的或位点特异性的蛋白质，”该研究项目负责人、阿尔托教授 Mauri Kostiainen 解释道。

尽管 DNA 折纸结构是连接生物系统的一种有前途的材料，但它们存在不稳定的问题，特别是在存在 DNA 降解酶的情况下。

然而，在实验中，“我们可以清楚地观察到蛋白质层有效地保护封装的 DNA 纳米结构免遭降解”。通过将保护与核酸折纸的功能特性相结合，包括将 DNA 或信使 RNA 与其他货物分子一起传递的可能性，我们相信我们的方法为生物医学工程提供了有趣的未来方向，”Kostiainen 总结道。

这项工作是在阿尔托大学(芬兰)与赫尔辛基大学(芬兰)、格里菲斯大学(澳大利亚)、坦佩雷大学(芬兰)和特文特大学(荷兰)的研究人员联合进行的。