特写,对新冠病毒结构的解析

日期:2021-01-24 17:53:27 来源:互联网 编辑:小狐 阅读人数:793

北京1月24日电特写:给新冠病毒“拍照片”的人

记者彭茜

在看清新冠病毒纳米级细微生物结构的瞬间,中国清华大学生命科学学院研究员李赛无比兴奋。他23日对记者说:“那种感觉如同爬上珠穆朗玛峰俯瞰世界一样。”

第一次,包括中国科研人员在内的国际团队“拍摄”到了新冠病毒的3D影像。在纳米尺度的图像上,平均直径不到100纳米的新冠病毒像一颗奇异星球,表面分布着可自由摆动的刺突蛋白“触手”在“星球”内部,超长的核糖核酸链致密缠绕在有序排列的核糖核蛋白复合物上。

近日,由清华大学李赛实验室和奥地利纳米制图公司、沙特伯阿卜杜拉国王科学技术大学伊万·维奥拉团队合作的新冠病毒高清科普影像问世。

“CT检查”揭露真容

李赛至今仍清晰记得解析出新冠病毒结构的那一刻。去年6月初某天晚9点,电脑屏幕上显示出病毒的完整结构:硕大的刺突蛋白东倒西歪长在囊膜上,囊膜内裹许多蛋白小球。

他非常激动,用颤抖的手拨通了实验室电话:“所有人,停下所有工作,来我办公室,新冠全病毒结构解出来了。我们也许是世界上第一个如此真实、清晰看见它的团队!”

这是团队100多个日夜的攻关成果。他们利用冷冻电镜断层成像和子断层平均重构技术成功解析了新冠的全病毒三维结构。

这项成果也离不开与浙江大学医学院附属第一医院传染病诊治国家重点实验室李兰娟院士课题组的合作,合作研究成果已于去年9月15日发表在美国《细胞》杂志网络版上。这正是最新3D病毒科普影像的科学基础。

在清华大学实验室里,灭活新冠病毒被置于冷冻电镜下,每旋转3度被拍摄一张照片,总共拍摄41张,随后开展立体重构,就像给病毒做“全身CT检查”

经过连日高强度工作后,团队成员、23岁的研究生宋雨桐第一次看到冷冻电镜下密密麻麻的病毒,直接被吓哭了。一小滴液体中竟有如此高浓度的病毒,让她“直冒冷汗”

团队还利用冷冻电镜向病毒内部“打手电”穿过囊膜,清晰照亮了病毒内部核糖核蛋白复合物的排列结构,展示出迄今最完整的新冠病毒形象。冷冻电镜以电子为“光源”穿透病毒样品,以获得病毒表面和内部结构信息。

对新冠病毒结构的解析,也让疫苗和中和抗体研发更加“有的放矢”比如,团队观察到新冠病毒表面刺突蛋白分布随机,处于多种状态,且比较脆弱容易脱落。如此复杂的抗原分布,使得在疫苗和中和抗体时,必须考虑刺突蛋白在病毒表面的具体分布和结构。

中外合作建构全貌

李赛团队将结构共享后,合作和采访邀约纷至沓来。去年8月,阿卜杜拉国王科学技术大学的一封来信引起李赛团队的极大兴趣。

这是一支专注微观生物影像的计算机视觉团队。团队负责人维奥拉希望共同更科学、更真实的新冠病毒科普影像。而这正是李赛团队开展病毒结构解析的初衷。

李赛23日对记者说,此前已有机构发布了一些新冠病毒的假想模型,但存在大量错误,如刺突蛋白的分布和病毒整体比例不对。团队希望病毒形象的每个细节都尊重病毒的前沿科研发现。

一个存有2TB研究数据和影像的硬盘从北京被寄往遥远的沙特伯。基于李赛团队解析出的全病毒三维结构,维奥拉团队利用人工智能图像处理及编程优势,构造了病毒的精细3D影像,并由奥地利纳米制图公司制作成。

新冠病毒主要通过表面刺突蛋白与人体血管紧张素转换酶2(ACE2)受体结合感染人体。刺突蛋白像一把“钥匙”ACE2受体则像一把“锁”钥匙开了锁,病毒才能进入细胞。

最新还原了新冠病毒入侵人体细胞的过程:在入侵的那一刻,新冠病毒与受体结合,并与细胞膜发生膜融合。还展现了刺突蛋白与新冠病毒膜切线垂线的夹角,以及刺突蛋白在病毒膜表面摆动的角度范围。

李赛团队介绍,研究发现刺突蛋白具有柔性,其摆动的特征会让新冠病毒攻击细胞时更具灵活性,有利于刺突蛋白同细胞上的ACE2受体结合。

中,病毒表面的刺突蛋白像链锤一样微微摆动,这些对活病毒细节的真实还原都来自于中外团队近半年的紧密协作。

在李赛看来,这正是新冠国际科研合作的缩影。疫情让全球科学家团结一心,第一时间共享科研成果,以助力疫苗、抗体研发和疫情防控。这一互助合作的精神及其成果令每个人都备受鼓舞。完

本文相关词条概念解析:

病毒

病毒是颗粒很小、以纳米为测量单位、结构简单、寄生性严格,以复制进行繁殖的一类非细胞型微生物。病毒是比细菌还小、没有细胞结构、只能在活细胞中增殖的微生物。由蛋白质和核酸组成。多数要用电子显微镜才能观察到。病毒可以利用宿主的细胞系统进行自我复制,但无法独立生长和复制。病毒可以感染所有的具有细胞的生命体。第一个已知的病毒是烟草花叶病毒,由马丁乌斯·贝杰林克于1899年发现并命名,已有超过5000种类型的病毒得到鉴定。研究病毒的科学被称为病毒学,是微生物学的一个分支。

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