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可惡的新冠病毒,原來長這樣!中國團隊重磅揭示,最高分辨率圖來了

每日經濟新聞 2020-09-16 13:15:15

每經編輯 胡玲 趙云    

據傳染病診治國家重點實驗室微信號16日消息,9月14日,浙大一院李蘭娟院士團隊與清華大學李賽研究團隊聯合在國際權威學術雜志《細胞》(Cell,影響因子38.637)在線發表題為“Molecular architecture of the SARS-CoV-2 virus”的研究成果。

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該成果在國際上首個解析了真實新型冠狀病毒全病毒三維精細結構,達到了前所未有的分辨率,并原位揭示了刺突蛋白的天然構象及其分布特征,以及核糖核蛋白復合物在病毒體內的結構及其分子組裝過程,對深入了解新冠病毒的生物特性、疫苗設計、抗病毒藥物研發等具有重要意義。

研究人員將從一名重癥患者體內分離得到的病毒株在體外大量培養并有效滅活和固定后,進行病毒超速離心純化、冷凍電鏡成像和數據采集。通過分析處理319套傾轉系列中的2294顆病毒粒子(為目前已知的關于新冠病毒最大的冷凍電鏡斷層成像數據集),獲得了病毒的精確尺寸大小與形態、表面刺突蛋白天然構象與分布、病毒體內核糖核蛋白復合物結構及組裝形式等重要信息,并重構出一個具有代表性的病毒高清三維結構。

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全球首個揭示新冠病毒全病毒三維精細結構及核糖核蛋白復合物的分子組裝。圖片來源:傳染病診治國家重點實驗室

在此之前,國際上對新冠病毒的結構研究大都聚焦于某一個部位或者蛋白分子,該研究在國際上首個解析了真實新型冠狀病毒全病毒的精細結構,并原位揭示S蛋白天然構像和分布、核糖核蛋白復合物在病毒體內的分子組裝過程等。這項研究所揭示的新冠病毒全病毒結構達到了前所未有的分辨率,并闡明了該病毒如何在直徑約80納米的體腔中組裝和堆積其約30Kb長的單股RNA,最終使“看不見的敵人”清晰地展現在世人面前。

在病毒身上做研究揭示病毒表面天然結構

對疫苗研制、抗病毒藥物研發意義重大

冠狀病毒因其如日冕般外圍的冠狀而得名,病毒表面的這些冠狀物質叫做刺突蛋白,是一種糖蛋白,也是我們能看到的最直觀的病毒結構。它的作用就是感染細胞,可以說是病毒侵入人體細胞的“鑰匙”,如果沒有了刺突蛋白,病毒也就不具有感染性了。

目前大多數對新冠病毒刺突蛋白的研究都是體外重組的,而該研究直接在病毒上開展科研工作,原位解析了新型冠狀病毒表面刺突蛋白的天然構像和分布。

科研人員發現,新冠病毒的刺突蛋白就像“鏈錘”一樣可以在病毒表面自由擺動,上端粗、下端細,這種特性有助于病毒能靈活“抓住”細胞表面,與之結合入侵細胞,感染人體。

科研人員還發現,它的刺突蛋白的朝向也很有趣,懂得“自我保護”。如果把刺突蛋白比喻成一把傘,雨傘張開被稱為“向上”,雨傘關閉被稱為“向下”,當刺突蛋白向上時,它就像亮出了自己的武器一樣,大喊著“我要去感染細胞了!”此時,如果人體細胞不幸被刺中,那么就面臨感染的危險。而當刺突蛋白向下,它就像收起兵器,以免被機體識別擊潰。研究發現,新冠病毒的刺突蛋白97%都是向下的,這也就成為它不易被抗體及藥物等擊敗的原因之一。

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圖片來源:傳染病診治國家重點實驗室

新冠病毒為什么可在環境長期存活

或許與“病毒靈魂”的組成有關

除了刺突蛋白,新冠病毒的內部結構核心——核糖核蛋白復合物,在該研究中也取得了重要進展。

核糖核蛋白復合物是病毒核酸與蛋白的結合體,病毒所有的遺傳信息都儲存在里面,可以調控病毒的生物特性,可謂是“病毒的靈魂”。

早前的研究發現新冠病毒的核糖核酸長度是同類病毒中最長的,達到病毒自身直徑的100倍,那么病毒是如何將達到自身長度100倍的核糖核酸不糾纏、不打結、不斷裂、完好無損地裝進自己體內的,一直是個未解之謎??蒲袌F隊開創性地揭示了病毒腔內核糖核蛋白復合物天然結構及其組裝機制,闡明了新冠病毒是如何在80納米的管腔內組裝和堆積單股長達30Kb的核糖核酸。

原來,這些復合物像串珠一樣把核糖核酸組織在一起,并在病毒體內有序排列,不僅解決了在有限空間內收納超過自身容量核糖核酸的難題,還加固了病毒本身結構,使它能夠經受住人體外復雜環境中的各種理化因素破壞的挑戰,這也可以用來解釋新冠病毒長期在外環境存活的一個重要因素。

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圖片來源:傳染病診治國家重點實驗室

每日經濟新聞綜合傳染病診治國家重點實驗室、浙大一院

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封面圖片來源:攝圖網

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