最近，来自美国芝加哥大学和麻省理工学院(MIT)的研究人员，开发出一种新的光谱方法，可有助于阐明“一种抗HIV药物如何诱导病毒遗传物质中的致死突变”这一知之甚少的分子过程。这项研究结果可能有助于开发新一代的抗病毒疗法。延伸阅读：电镜术进展揭示HIV等病毒的秘密。
病毒为了适应环境压力，可以快速地变异。此功能还可以帮助它们对抗病毒药物产生耐药性。但是科学家们使用一种称为致死突变的策略，已经研制出了HIV、丙型肝炎和感冒的抗病毒药物。
这种策略试图通过促使病毒已经很高的突变率超过一个阈值，来消灭它们。如果病毒经历太多的突变，它们就不能正确地管理自己的遗传物质。
芝加哥大学Andrei Tokmakoff 教授说：“它们不能复制，所以很快就会被淘汰。为了使这种方法起效，你需要一种隐形的诱变剂，病毒不会将其识别成一个问题。”
Tokmakoff和芝加哥大学、麻省理工学院的同事，在《PNAS》报道了抗HIV药物KP1212隐身活动的新细节。研究人员利用二维红外光谱法――将超快时间分辨和化学结构高灵敏度相结合的一种先进激光技术，收集了支持数据。
关键的工具
本文共同作者、MIT化学、毒理学和生物工程教授John Essigmann指出：“二维红外光谱法是我们前进的关键。它可让我们探讨水溶液(这是细胞的自然环境)中存在的结构。”Essigmann是一家制药公司的联合创始人，该公司正在开发HIV的诱变抑制剂。
Essigmann说：“我们还做了核磁共振，其信息量是非常丰富的，但这些研究是在有机溶剂中进行的，可能不能像Tokmakoff研究小组红外研究那样准确地揭示细胞中发生了什么。”
科学家们设计了致死突变分子，如KP1212，类似于天然DNA碱基――腺嘌呤-胸腺嘧啶、胞嘧啶-鸟嘌呤碱基对。该研究的第一作者Sam Peng于2014年在MIT完成了博士论文，他指出：“这些衍生物可以结合错误的碱基伙伴，因此导致基因突变。”生物通 www.ebiotrade.com
KP1212是一种胞嘧啶变异，通常会在复制过程中与鸟嘌呤配对。但是，生化实验和临床试验表明，KP1212可通过与腺嘌呤配对而诱导突变。一种主导的提议是，KP1212通过变形而衍生出其致突变性――通过将其氢原子重新定位到氮原子和氧原子上，转换成一种不同的分子结构。
科学家将这种变形结构称为互变异构体。在1953年，James Watson、SB'47和Francis Crick提出了这一互变异构体假设，当时他们宣布发现了DNA的双螺旋结构。Peng指出：“在罕见互变异构体中的混合氢位置，可改变氢键结合模式，从而导致不正确的碱基配对。”
快速测量
大多数的实验工具很难区分正常结构和变形结构，因为它们之间的互相转换非常迅速。用二维红外光谱，芝加哥大学的研究人员能够区分这两种结构。该小组还能够测量，快速变形在生理条件下是如何发生的。
该研究小组希望找到仅仅两个主要互变异构体，但实验表明，还存在更多。除了采用不同于中性分子的的形式，KP1212也可以接受一个额外的质子，从而在生理酸度(pH值约为5.5至7)上给它一个正电荷，可能产生更多的重排和互变异构体结构。Tokmakoff说：“可能性的数目呈爆炸式。”
实验还表明，质子化和非质子化的形式可促进病毒的突变率。即使在质子化形式的情况下，病毒仍然突变，只是以一个较低的速度。
Peng说：“我们发现，在生理pH值条件下，KP1212可明显质子化，并且这种质子化形式可诱导甚至更高的突变率，达到约50%。”
Essigmann很惊讶又高兴地发现，该分子能变成质子化。该研究教导他的研究小组如何创造更强有力的变形――通过用原子和分子团装饰kp1212支架，进一步提高其捕获质子的能力。
Essigmann说：“KP1212大约有20%的可能成为一种理想的治疗诱变剂。光谱学提供的这些信息，指引着我们找到更好的诱变分子。”
虽然Essigmann和Tokmakoff已相识多年，但直到现在，他们都从事着看似遥远的研究方向。Tokmakoff的生物学研究涉及蛋白质，而不是DNA。但是他们两人的研究团队，首次能够对抗病毒药物治疗机制进行充分的二维红外光谱研究。
