2021-06-07

“恶魔”曝光！清华联合发布新冠病毒真实3D图像

对人类来说，新冠病毒是个“既熟悉又陌生”的存在。它和严重急性呼吸综合征（SARS）冠状病毒、中东呼吸综合征（MERS）冠状病毒同属冠状病毒大家庭，是过去18年里第三种导致人类大规模感染的冠状病毒。然而，冠状病毒到底长什么样，一直是个未解之谜。

1月21日，由清华大学生命科学学院李赛实验室和奥地利Nanographics公司、沙特阿拉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。在纳米尺度的图像上，平均直径约为100纳米的新冠病毒像一颗奇异的星球，表面分布着硕大的、可以自由摆动的刺突蛋白“触手”。在“星球”内部，超长的核糖核酸（RNA）链致密缠绕在有序排列的核糖核蛋白复合物（RNP）上。

刺突蛋白像一把“钥匙”，细胞上的ACE2受体则像一把“锁”。最新3D影像展示了新冠病毒入侵人体细胞之初的瞬间：在接触细胞的刹那，新冠病毒与受体结合，并与细胞膜发生了膜融合。李赛表示，此前发布的新冠病毒假想3D模型存在不少错误，比如刺突蛋白的数量、分布、相对病毒的尺寸比例不对。而本次病毒形象的每一个细节都基于由李赛团队解析的全病毒结构设计，尽最大程度尊重了前沿科研发现。

在研究中，李赛团队发现新冠病毒的刺突蛋白分布随机且具有柔性，可以像链锤一样在病毒表面自由摆动甚至游走，这在囊膜病毒中还是首次发现。刺突蛋白摆动的特征会让新冠病毒在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，这可能是它高传染性的原因之一。视频形象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。

早在去年，国际权威学术期刊《细胞》杂志就在线发表了清华大学生命科学学院李赛实验室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病毒的全病毒三维结构。冷冻透射电镜是目前结构生物学广泛使用的科研利器，它以电子为“光源”穿透病毒样品，以获得病毒内部的结构信息。在清华大学的实验室中，灭活新冠病毒被置于冷冻电镜下，每旋转3°拍摄一张照片，总共拍摄41张，随后进行立体重构，就像给病毒做“全身CT检查”。

团队还向病毒内部“打手电”，穿过囊膜，清晰地照亮了病毒内部核糖核蛋白复合物的排列结构，展示出迄今为止最完整的新冠病毒形象。审稿人在评审意见里称赞道：“这项工作展示了迄今为止我所见过的最完整新冠病毒形象，这也是使用冷冻电镜断层成像方法解析完整颗粒结构的一次绝妙的应用。”  这一研究成果，为最新的3D病毒科普影像提供了基础。