植物病毒病与巨大的健康和经济成本有关。为哺乳动物生物开发的抗病毒剂对植物的成功有限，因此需要替代策略来解决这一生物和可持续性问题。
2022年8月19日，江南大学匡华，胥传来，美国密歇根大学Nicholas A. Kotov及中国农业科学院烟草研究所杨金广共同通讯在Nature Catalysis（IF=41）发表题为“Site-selective proteolytic cleavage of plant viruses by photoactive chiral nanoparticles”的封面文章，该研究展示了手性 3 nm Cu1.96S 纳米颗粒可以在阳光下对烟草花叶病毒中的衣壳进行位点选择性切割。
以 D-青霉胺作为表面配体，纳米粒子通过超分子键网络对衣壳中的 Gln 99 至 Ala 105 片段显示出高亲和力，对其他病毒衣壳的亲和力降低 3,000-10,000 倍。绿光照射导致 Asn 101 和 Pro 102 之间的酰胺键发生偏振依赖性蛋白酶样水解。纳米颗粒在原生质体中抑制病毒感染性 98.7%，在植物中抑制 92.6%，同时避免过敏反应和大的环境影响。这些发现表明，结合金属离子的蛋白水解活性和纳米级手性的位点选择性的纳米颗粒可用作有效的抗病毒剂。
另外，2022年3月14日，江南大学匡华，胥传来，美国密歇根大学Nicholas A. Kotov及以色列魏茨曼科学研究所Rafal Klajn共同通讯在Nature Nanotechnology（IF=39）在线发表题为“Polarization-sensitive optoionic membranes from chiral plasmonic nanoparticles”的研究论文，该研究展示了手性纳米粒子的纳米多孔薄膜，由于纳米粒子界面处的光诱导偏振依赖性离子积累而对圆偏振具有高灵敏度。该研究在光电膜中发现的自组装的简单性和偏振检测的灵敏度，为一系列用于手性光子学的小型化流体器件打开了大门（点击阅读）。
2022年1月19日，江南大学胥传来、匡华和美国密歇根大学Nicholas A. Kotov共同通讯（徐丽广及王秀秀为该文章的共同第一作者）在Nature 在线发表题为“Enantiomer-dependent immunological response to chiral nanoparticles”的研究论文，该研究表明非手性和左手和右手金仿生纳米粒子显示出不同的体外和体内免疫反应。与右手纳米粒子相比，左手纳米粒子作为 H9N2 流感病毒疫苗接种的佐剂显示出更高（1,258 倍）的效率，为在免疫学中使用纳米级手性开辟了道路。
每年因植物病毒感染而造成的农作物损失超过 20%，并且还在继续上升。抗病毒制剂，类似于用于阻断哺乳动物体内病毒的抗病毒制剂，也可以预防植物感染，但由于其光敏性，需要多次给药。也可以实施使用多种技术的基因工程方案，但是赋予植物病毒抗性的基因的低翻译能力加上不同植物科之间的高病毒逃逸和转移率。阻碍了具有病毒抗性的转基因植物的发展。 这些挑战需要化学方法来解决植物和其他食物供应的病毒威胁，随着地球人口的增长，这些威胁变得越来越紧迫。
该文章入选为Nature Catalysis当期封面图为人类开发的有机和无机纳米结构可用于通过传递遗传或化学试剂来抑制植物病毒。虽然对一些农业企业来说是现实的，但昂贵的生物聚合物、纳米材料和基因结构的高成本、环境退化和大量损失构成了经济门槛，特别是对于植物病害率最高的作物和粮食供应脆弱的社区。环境稳健的无机仿生纳米粒子 (NPs) 被设计用作抗病毒剂，是抑制或破坏病毒的替代途径。然而，已知具有抗病毒活性的纳米级材料是非选择性和有毒的，一个主要的例子是银纳米粒子对宿主造成广谱毒性。来自地球丰富元素的最小修饰 NPs 选择性地粘附和破坏特定病毒是必要的，以避免在植物微生物组中不分青红皂白的抗病毒作用，减轻毒性并减少农药对环境的累积影响。在衣壳靶向病毒灭活的背景下，寻找设计此类 NP 的途径的基本和实际意义非常重要。
手性物质之间存在特定的手性识别效应。研究人员假设赋予金属硫化物或金属氧化物纳米粒子手性可以改善它们的生物靶向性和其他功能，例如它们的光学活性。为了验证这一假设，研究人员选择了最著名的农业威胁之一，烟草花叶病毒 (TMV)，它可以将番茄、马铃薯、辣椒和其他茄科植物的收成减少 30%。TMV 还感染豆类、黄瓜、葡萄和苹果。TMV的衣壳呈高度有序的螺旋排列，其RNA嵌入衣壳的螺旋排列中，导致病毒具有开放的几何形状和4nm的内部棒状空腔。这使得通过调整它们的尺寸和表面手性可以将 NP 容纳在腔内。
以前的研究表明，入射光子的圆极化可能会影响手性纳米粒子和蛋白质之间的光反应。因此，在这项工作中，发现手性 3 nm Cu1.96S NPs 可以在圆偏振光 (CPL) 下选择性地切割 TMV 的衣壳。以 d-青霉胺作为表面配体的手性 NP 对 TMV 衣壳中的 Gln 99 至 Ala 105 片段显示出高亲和力。因此，当用 532 nm 的光照射时，TMV 衣壳中 Asn 101 和 Pro 102 之间的酰胺键可以被手性 NP 以偏振依赖性方式水解。
该研究彻底阐明了亲和力和水解反应的化学机制，然后应用手性 NPs 抑制病毒感染，在原生质体和植物中分别实现了 98.7% 和 92.6% 的高抑制率，在没有过敏反应或大环境的情况下发生。这些发现表明，结合基于金属离子的蛋白水解活性和纳米级手性的位点选择性 NP 可用作有效的抗病毒剂。
这项工作得到了巴西圣卡洛斯联邦大学Andre F. de Moura教授、巴西纳米技术国家实验室Felippe M. Colombari教授、伊利诺伊大学芝加哥分校化学系的Petr Král教授、美国密歇根大学Nicholas A. Kotov教授在理论动力学模拟与计算等方面的大力帮助；烟草抗病毒研究由中国农业科学院烟草研究所杨金广研究员团队与山东省花生研究所许曼琳副研究员完成。
江南大学胥传来教授、匡华教授、中国农业科学院烟草研究所杨金广研究员、美国密歇根大学Nicholas A. Kotov教授为共同通讯作者。江南大学食品学院博士后高锐、青年教师徐丽广教授、孙茂忠教授、山东省花生研究所许曼琳副研究员为该论文的共同第一作者。研究获得了国家重点研发计划（2021YFA1200300）、国家自然科学基金（32071400、21925402、21977038）等项目的资助。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41929-022-00823-1
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