病毒如何绕过能垒形成对称壳层

先前关于一种模型二十面体植物病毒的自我组装实验表明，在生理条件下，衣壳蛋白最初通过整体机制与基因组结合，并形成无序状态的核蛋白复合物，这就提出了病毒粒子如何在宿主细胞内组装成高度有序结构的问题。利用小角 X 射线散射，我们发现随着衣壳蛋白浓度在生理条件下升高，会发生无序-有序转变。我们的冷冻透射电子显微镜揭示，即使在 pH 7.5 下也存在包含体外转录病毒 RNA 的封闭球形壳层，这与先前的观察形成鲜明对比。我们使用蒙特卡洛模拟解释这一无序-有序转变，并发现随着壳层生长，五聚体分布不属于二十面体子群的无序中间体结构在能量上变得极为不利，以至于衣壳能够轻易解离并重新组装，克服形成完美二十面体壳层的能垒。此外，我们在成核与生长占主导路径的条件下监测衣壳生长，表明在整体机制和成核与生长两种路径中无序-有序转变的关键在于弹性能强度相对于系统中其他力（包括蛋白-蛋白相互作用和自由亚基的化学势）的比较。我们的发现至少部分解释了为何在不同条件（包括生理条件）下会形成具有二十面体有序的完美病毒粒子。