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Take Home Message
• 透過蛋白質晶體學、同步輻射光源和冷凍電子顯微鏡等技術，科學家能深入解析病毒結構，了解病毒如何組裝、感染細胞及致病，為提升人體健康提供重要基礎。
• 類病毒顆粒具有與病毒外殼相同的結構但不具感染性，可應用於結構生物學研究、疫苗開發和藥物傳遞系統，是重要的研究平臺。
• 高解析度的結構分析技術有助於了解病毒與抗體的作用機制，為疫苗設計和單株抗體藥物開發提供關鍵資訊，進而提升治療效果。

透過同步輻射光源（synchrotron light source）、蛋白質晶體學（protein X-ray crystallography）和冷凍電子顯微鏡（cryo-electron microscopy, cryo-EM）等強大技術，科學家近年來在解析病毒精細結構等研究上取得顯著的進展，且能以前所未見的細節深入了解病毒如何組裝、感染細胞、致病，更重要的是探討如何利用病毒的結構提升人體健康。

同步輻射中心對蛋白質研究有哪些貢獻？

蛋白質晶體學是一種用於分析蛋白質、病毒等生物巨分子三維結構的技術，過程中首先會讓純化的蛋白質在特定化學溶液下形成晶體，使分子以重複且規則性的模式排列，之後科學家會使用X 光照射晶體，觀察X 光與晶體原子中的電子相互作用時的繞射模式。透過分析繞射數據，科學家可以計算出蛋白質內原子的確切位置，構建出蛋白質的三維結構模型。國家同步輻射研究中心（National Synchrotron Radiation Research Center, NSRRC）內的設施利用加速器將電子的速度加速到接近光速，而電子在偏轉時發射出的高能X 光就可以對微小晶體產生高解析度的繞射圖像，使科學家能夠研究更精細和複雜的結構，因此特別適用於蛋白質晶體學研究（圖一）。

另一種近年來興起的技術是冷凍電子顯微鏡。在冷凍電子顯微鏡中，生物分子溶液被快速冷凍，形成一層薄薄的冰，使科學家可以在顯微鏡下觀察冷凍的分子，並記錄電子束穿過樣本時產生的圖像。透過圖像分析，科學家能在接近生物分子自然狀態的條件下觀察並重構分子的三維結構，是一種研究生物大分子複合物（例如病毒）的理想選擇。

病毒的介紹—外殼結構與感染機制

病毒是一種極微小且具有感染性的病原體，能侵入宿主細胞並利用細胞內部機制進行複製（圖二）。病毒的外殼主要由眾多殼體蛋白（capsid protein）組成，這些殼體蛋白能精確組裝成具有保護性與高對稱性的病毒外殼。病毒可再細分為有套膜或無套膜病毒、二十面體或螺旋柱狀，不同種類的病毒，外殼的形狀和結構也各不相同。

一般來說，病毒外殼具有以下幾種功能：

保護病毒基因組：

病毒的遺傳物質（DNA 或RNA）非常脆弱，容易受到外界環境的破壞。病毒外殼就像是保護罩，可以有效地保護遺傳物質免於酶的降解和物理性損傷。

引導病毒與宿主細胞結合：

病毒外殼上的特定區域能與宿主細胞表面的受體結合，而這也是病毒感染的第一步。這種結合具有高度的特異性，決定了病毒可以感染的宿主範圍。

促進病毒進入宿主細胞：

一旦病毒與宿主細胞結合，外殼會協助病毒將遺傳物質注入細胞，或將整個病毒顆粒帶入細胞內。

調控病毒的組裝：

一旦進入細胞，病毒殼體會解體、釋放病毒的遺傳物質，並利用宿主細胞的資源進行自身複製。

參與病毒的釋放：

病毒複製完成後，將新產生的病毒顆粒釋放，以便感染其他宿主細胞。

類病毒顆粒—研究病毒的平臺

若因高風險而無法使用真實病毒進行相關研究及應用，類病毒顆粒（virus-like particles, VLPs）是相當合適的平臺。類病毒顆粒也是由同一種病毒殼體蛋白組裝而成的構造，具有與病毒外殼相同的形狀和大小，但殼內部不含病毒的遺傳物質，因此不具感染性。

由於類病毒顆粒保留了病毒外殼的許多重要特性，例如抗原性，使它成為疫苗開發和藥物傳遞系統的理想載體。相關應用包括：……【更多內容請閱讀科學月刊第663期】