与活生物体不同，为了避免灭绝，病毒需要劫持活的宿主机器以产生新病毒。毁灭性呼吸道病毒A流感病毒利用其血凝素(HA)蛋白搜索合适的宿主细胞。通常，HA具有两个重要功能：宿主细胞的选择和病毒进入。附着于宿主细胞后，甲型流感病毒通过内吞作用被带入宿主细胞。

一种称为内体的脂质双层货物将甲型流感病毒从细胞膜携带到宿主细胞的细胞质中。尽管内体内部的环境呈酸性，但甲型流感病毒仍然存在。更惊人的是，HA发生结构变化，以介导病毒膜与宿主内体膜融合形成一个孔，从而释放病毒成分。该融合事件的产生被阐述为融合，因此该事件所需的HA结构改变被称为融合转变。尽管已进行了广泛的研究以揭示其神秘性，但该事件的机制已在潘多拉魔盒中保存了数十年。

现在，金泽大学的Keesiang Lim和Richard Wong及其同事使用高速原子力显微镜技术研究了HA的分子动力学，该技术可实现纳米级分子的实时可视化。研究人员不仅能够记录HA的融合转变，而且还可以观察到它与外泌体(脂质双层货物，类似于细胞释放到外部环境的内体)的相互作用。

科学家最初在中性生理缓冲液中观察到了HA的天然构象，该条件类似于宿主细胞中性条件(pH值为7.6)。在这种情况下，HA呈椭圆形出现，这与其他工具(例如X射线晶体学和低温电子显微镜)产生的发现相符。Wong及其同事成功记录了融合转变，这种转变发生在HA暴露于酸性环境中时。他们的HS-AFM结果显示了HA从椭圆形过渡到Y形，以及HA随时间的高度和圆度/圆度的下降。研究人员确信构象变化的发生是因为过渡后HA的特定亚基变得易于被胰蛋白酶消化。

为了研究HA如何促进病毒膜与宿主内体膜之间的融合，Wong及其同事让HA与外泌体(模仿内体的脂质双层货物)相互作用。预期HA-外泌体相互作用类似于膜融合过程中的HA-内泌体相互作用。在相互作用过程中，再次发现了HA的构象变化，然后停靠在外泌体上。融合转变释放出一种特殊的肽，称为融合肽，该肽随后插入外泌体膜，使HA分子嵌入膜上。科学家还发现有证据表明，HA与外泌体的相互作用引起了外泌体的变形或破裂，导致外泌体材料的“泄漏”。

Wong及其同事的发现为HA介导的膜融合机制提供了重要的见识。此外，他们的工作还证明了HS-AFM在研究生物学过程中的优势。Lim和Wong兴奋地评论道：“这项研究强烈表明，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，而且还可以观察病毒融合蛋白与其靶膜之间的相互作用。”

背景

甲型血凝素甲型血凝素(HA)是一种驻留在甲型流感病毒(引起“流感”或流感的元凶)表面的蛋白质，在病毒感染性中起关键作用。医管局的职能包括将甲型流感病毒附着到靶细胞和病毒进入。病毒附着到其宿主细胞后，将其捕获在称为双层脂质体的脂质双层货物中，随后进入宿主细胞质。该过程称为胞吞作用。内体中的酸性环境触发HA的结构变化，以允许HA协调病毒膜和宿主内体膜之间的融合。最后，病毒成分可以释放到宿主细胞中，并且会产生新的病毒。人类的主要靶细胞通常位于上呼吸道。

原子力显微镜原子力显微镜(AFM)是一种成像技术，其中图像是通过扫描具有非常小的尖锐尖端的表面而形成的。尖端的水平扫描运动是通过压电元件控制的，而垂直运动则转换为高度轮廓，从而导致样品表面的高度分布。由于该技术不涉及透镜，因此其分辨率不受例如X射线衍射中的所谓衍射极限的限制。在高速设置(HS-AFM)中，由于可以在100毫秒或更短的时间内扫描一个生物分子，因此该方法可用于实时制作样品结构变化的影片。Wong及其同事成功地将HS-AFM技术用于研究HA的融合转变，以及它如何与生物颗粒的膜融合。