單個(gè)基因的復(fù)制就能對抗宿主抗病毒防御，這聽起來好像不太真實(shí)，但是痘病毒（poxviruses）在病毒演化過程中，通過一個(gè)基因的快速多拷貝擴(kuò)增，就能適應(yīng)并對抗宿主的抗病毒防御，這被稱為“基因組手風(fēng)琴”（Genomic Accordions），利用這個(gè)機(jī)制，痘病毒實(shí)現(xiàn)了突變率雖然低，但能快速進(jìn)化，這一由Fred Hutchinson癌癥研究中心完成的成果公布在Cell雜志上。

同期Cell也以“Poxvirus Use a Gene Accordion to Tune Out Host Defenses”為題推薦了這項(xiàng)研究成果，專家們指出，“基因擴(kuò)增，突變和刪除的多步驟過程，幫助痘病毒克服了宿主的抗病毒防御，這種機(jī)制能遺傳適應(yīng)性，將能在許多生物學(xué)事件進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。”

痘病毒(Poxviridae）是哺乳動物的最大及最復(fù)雜的病毒，包含兩個(gè)亞科痘病毒脊索亞科 (Chordopoxvirinae)、痘病毒昆蟲亞科 (Entomopoxvirinae)，其中最有名的就是天花病毒，天花的病原Variola病毒為Orthopoxvirus屬，這一病毒曾經(jīng)摧殘全人類，目前已被撲滅，但是最近常被認(rèn)為是一種有可能之再新興之疾病。其它的痘病毒如駱駝痘(camel pox)及ectromelia造成低等動物的皮膚發(fā)疹。

痘病毒屬于雙鏈DNA病毒，與RNA病毒不同，雙鏈DNA病毒雖然突變率低，但是卻能快速進(jìn)化，從而發(fā)展出對人類和動物攻擊性強(qiáng)的病毒變種。那么痘病毒是采用了什么機(jī)制，實(shí)現(xiàn)這一進(jìn)化的呢？

在這篇文章中，研究人員揭開了這個(gè)謎底，他們指出了這種大型的雙鏈DNA是通過一種特殊機(jī)制，從而能從宿主的免疫系統(tǒng)中逃脫出來，并變得具有耐藥性的，這種機(jī)制不僅有助于理解傳染疾病在動物和人類傳播的機(jī)制，而且也可以用于分析其它生物學(xué)現(xiàn)象。

文章的通訊作者為Fred Hutchinson癌癥研究中心的Harmit S. Malik，以及Nels C. Elde，或者表示，“痘病毒中有許多編碼基因，能幫助它們對抗宿主免疫防御，促進(jìn)傳染”，“盡管有充足的證據(jù)表明，痘病毒基因組發(fā)生了適應(yīng)性變化，克服了宿主防御，但是我們?nèi)匀徊恢肋@一機(jī)制的具體內(nèi)容。”

為了弄清楚這一機(jī)制，研究人員細(xì)胞培養(yǎng)了牛痘病毒，這是之前用在天花疫苗中的一種病毒，研究人員希望通過分析這種病毒的變化，來模擬病毒適應(yīng)性進(jìn)化。

之前的研究證明一種宿主防御蛋白：PKR（蛋白激酶R）是痘病毒傳染的主要屏障，為此痘病毒通過進(jìn)化出兩個(gè)編碼基因：K3L和E3L，來對抗這一屏障。研究人員分析了牛痘病毒在敲除E3L基因后如何演化，從而在有人類PKR存在的前提下成功復(fù)制。

“戲劇性的是，這個(gè)‘弱化’后病毒的快速系列變化，導(dǎo)致其病毒株在人類細(xì)胞中能快速的復(fù)制”，Malik說。研究人員進(jìn)一步分析了這種演化模式，發(fā)現(xiàn)病毒快速擊敗PKR，是通過選擇性的增加了基因組中K3L基因的拷貝數(shù)。

Malik將這種快速適應(yīng)比喻成樂器手風(fēng)琴的風(fēng)箱在拉動的時(shí)候出現(xiàn)的膨脹，“當(dāng)K3L拷貝數(shù)持續(xù)增多，K3L蛋白的表達(dá)也快速擴(kuò)張，從而抑制了免疫系統(tǒng)的應(yīng)答”，他說。這表明能快速擴(kuò)充其基因組的病毒，具有比其它未能擴(kuò)充的病毒，更具即時(shí)進(jìn)化能力。

而且這一手風(fēng)琴的比喻也有進(jìn)一步的含義——除了觀察到E3L缺失病毒株的快速基因表達(dá)，研究人員還發(fā)現(xiàn)在獲得了一個(gè)適應(yīng)性突變后，病毒又交換了一個(gè)有益的突變，形成更小的基因組印跡。

“我們的研究表明盡管痘病毒基因表達(dá)并不長，但是能進(jìn)行有效適應(yīng)性進(jìn)化，這有助于它們在免疫系統(tǒng)，和藥理環(huán)境中存活下來”，Malik說，“找到這種擴(kuò)增的方式，也許能為我們提供對抗相關(guān)病原體更有效的抗病毒策略。”