今天介绍的是杆状病毒(Baculovirus)。由于它们可以通过晶体制备方法制备出大晶体，因此它们被称为活着的宝石。

简介

        杆状病毒(Baculovirus)是一种无脊椎动物病毒。节肢动物、鳞翅目昆虫、膜翅目昆虫与双翅目昆虫为自然宿主。目前，杆状病毒分为四属85种。众所周知，杆状病毒会感染昆虫，已有600多种宿主物种被描述。鳞翅目(蛾和蝴蝶)是最常见的宿主，但这些病毒也被发现感染了叶蜂和蚊子。虽然杆状病毒能够在培养中进入哺乳动物细胞，但它们并不能在哺乳动物或其他脊椎动物细胞中复制。从20世纪40年代开始，它们被广泛应用和研究作为农田生物杀虫剂。杆状病毒含有一种圆形的双链DNA(dsDNA)基因组，范围从80到180kbp不等。

历史

        杆状病毒最早的记录可以在文献中找到，早在16世纪的“痿病”感染蚕幼虫的报道。从20世纪40年代开始，这种病毒作为生物农药在农田中被广泛使用和研究。自20世纪90年代以来，它们已被用于在昆虫细胞培养中生产复杂的真核蛋白(Sf21、High Five细胞）。这些重组蛋白已用于研究，并作为人类和兽医治疗的疫苗(例如，预防鸡中H5N1禽流感最广泛使用的疫苗是在杆状病毒表达载体中生产的)。最近，杆状病毒被发现可以通过合适的启动子转导哺乳动物细胞。

病毒生命周期

         杆状病毒生命周期涉及两种不同形式的病毒。包涵体病毒(ODV)存在于蛋白质基质(Polyhedrin或Granulin)中，负责宿主的原发性感染。而芽生病毒（BV)在继发性感染期间从受感染的宿主细胞中释放出来。杆状病毒在700多种宿主物种中具有非常特定的物种性。鳞翅目是最常见的宿主，但这些病毒也被发现感染了叶蜂和蚊子。有关虾和甲虫杆状病毒感染(椰蛀犀金龟)的报告被发现是努迪病毒(Nudivirus)，这是与杆状病毒密切相关的病毒。通常情况下，当易感宿主昆虫以被病毒所感染的植物为食时，最初的感染就会发生。蛋白质基质在宿主中肠(胃)的碱性环境中溶解，释放ODV；然后融合到宿主肠的柱状上皮细胞膜上，并被带入内体细胞，病毒从内体逃逸并被输送到核。这一步可能是由肌动蛋白丝介导的。病毒转录和复制发生在细胞核中，新的BV颗粒从基底外侧发芽，系统传播感染。BV在芽生过程中获得了一种松散的宿主细胞膜，具有表达和显示的病毒糖蛋白。

       杆状病毒感染后，出现了三个不同的阶段：早期(0-6 h)、晚期(6-24 h)与极晚期(18-24 h)，而BV在晚期阶段产生，ODV形式在晚期阶段产生，从宿主细胞核获取包络，嵌入到包涵体蛋白基质中。当细胞溶解后进一步传播杆状病毒感染到下一个宿主时，这些闭塞体就会释放出来。细胞的广泛裂解经常导致宿主昆虫字面上的解体，从而导致“痿病”。完整的ODV颗粒耐光、耐热，而BV对环境敏感。在感染毛虫时，感染的晚期会导致宿主在不休息的情况下进食，然后爬到树的较高部分，包括它们通常避免的暴露在那里的地方，因为它们有捕食者的风险。这是病毒的一个优点，如果(当宿主溶解时)它可以滴到叶子上，这些叶子将被新的宿主吃掉。

病毒结构

        研究最多的杆状病毒是苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒/苜蓿银纹夜蛾杆状病毒(AcMNPV)。这种病毒最初是从苜蓿银纹夜蛾中分离出来的，含有134kbp基因组，有154个开放阅读框架。主要衣壳蛋白VP39与一些小蛋白形成核衣壳(21 nm×260nm)，与p6.9蛋白结合DNA。BV从细胞膜中获得其包膜，需要一种糖蛋白GP64，才能传播全身感染。这种蛋白质在芽生病毒颗粒的一端形成称为棒状包膜粒(peplomers)的结构，但在ODV上并不存在(尽管其他几种蛋白质只与ODV形式有关)。两种形式的病毒包膜的脂质成分也存在一些差异。而BV包膜由磷脂酰丝氨酸组成，ODV含有磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺。在AcMNPV基因组中确定了核衣壳组装基本元素(NAE)。NAE是ac83基因中的一个内部顺元素。核衣壳组装不依赖于ac83蛋白产品。

GP64

       Gp64是一种同种三聚体膜糖蛋白，在杆状病毒中存在。它由512个氨基酸(aa)组成，在天冬酰胺残基上有4个糖基化位点，具有n端信号序列(20aa)、寡聚和融合域和c端附近的水膜域(7aa)。它在感染周期的早期和晚期都产生，在感染后24-26 h中合成的最大速率。分子间半胱氨酸键的三聚化似乎是蛋白质转移到细胞表面的关键一步，只有33%的合成蛋白到达细胞表面，因为单分子Gp64在细胞内被降解。Gp64对于有效的病毒芽生和感染周期细胞间的传播以及病毒进入是必不可少的，即导致病毒宿主和内源性介导的细胞吸收。Gp64膜蛋白的主要功能是导致ph介导的包络融合到核内体。虽然Gp64具有多种基本功能，但据报道，Gp64缺陷杆状病毒可以与其他病毒糖蛋白(如水泡性口炎病毒的棘突蛋白VSV-G)替代。这些替换将生成功能性病毒。

F蛋白

         在苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒(AcMNPV)、家蚕核型多角体病毒(BmNPV)和枞树毒蛾核型多角体病毒(OpMNPV)中，杆状病毒膜蛋白为GP64。

        有少数杆状病毒，例如舞毒蛾核型多角体病毒/舞毒蛾杆状病毒(LdMNPV)与棉铃虫核型多角体病毒/棉铃虫杆状病毒(HaSNPV)，它们没有GP64，只有F蛋白。F蛋白同样起到诱导病毒进行膜融合的作用，只是能力不如GP64。

进化史

      杆状病毒被认为是3.1亿年前从努迪病毒(Nudivirus)进化而来的。

应用

        杆状病毒不能在哺乳动物和植物细胞内复制。它们可以感染的宿主范围有限，通常局限于数量有限的密切相关的昆虫种类。由于杆状病毒对人类无害，它们被认为是用于研究应用的一种安全选择。

        杆状病毒在昆虫细胞中的表达代表了一种生产重组糖蛋白或膜蛋白的可靠方法。杆状病毒产生的蛋白质目前正在作为治疗性癌症疫苗进行研究，与哺乳动物来源的蛋白质相比，杆状病毒产生的蛋白质具有若干免疫优势。

多角体蛋白

        多角体(Polyhedrin)蛋白是一种形成包涵体(也称为多角体)的病毒蛋白，这种大结构可以在很长一段时间内保护病毒颗粒不受外界环境的影响，直到它们被易感昆虫摄入。它们出现在各种病毒中，包括核型多角体病毒(NPV)和颗粒病毒(GV)。GV在每个包涵体中包含一个病毒，而NPV在每个包涵体中包含大约5~15个病毒。

       多角体蛋白的晶格为体心立方晶格(Body Centered Cubic/BCC)，而金刚石的晶格是面心立方晶格(Face Centered Cubic/FCC)，石墨的晶格是六方晶系(Hexagonal Crystal)。