張伯禮李蘭娟齊點贊 新冠病毒完整結構圖到底有多牛

新冠病毒的完整結構圖 受訪者供圖

　　“我希望大家能好好看一看。對于新冠病毒進化的思考，它確實給人很多啟迪?！?月19日，在一次學術研討會上，“人民英雄”國家榮譽稱號獲得者、中國工程院院士張伯禮展示了一張新冠病毒的完整結構圖。

　　這是一張什么圖？居然能贏得張伯禮院士為它打CALL。不止如此，據(jù)報道，該研究還得到了中國科學院院士施一公、中國工程院院士李蘭娟的鼎力支持，并受到美國普林斯頓大學教授顏寧“不要找借口、3天內必須寫完論文”的激將式敦促。

　　9月20日，科技日報記者前往清華大學結構生物學高精尖創(chuàng)新中心研究員李賽研究組，試圖一探究竟。

　　給整個病毒做“CT” 從里到外看得清清楚楚

　　9月15日，《細胞》在線發(fā)表李賽團隊與李蘭娟院士團隊合作完成的研究論文《新冠病毒的分子結構》，他們通過冷凍電鏡斷層成像技術，把新冠病毒看了個清清楚楚。

　　冷凍電鏡，結構解析，聽到這兩個關鍵詞，科技粉兒可能會覺得：已經火了好些年、還能有什么新東西、不就是換個材料再做一次？

　　然而，新科技的發(fā)展，總能讓人直呼“知識貧瘠限制了想象！”

　　“我們把新冠病毒放在冷凍電鏡下，每旋轉3°拍攝一張照片，總共拍了41張，隨后進行立體重構?！崩钯惛嬖V科技日報記者，每旋轉一次都必須與上一次保持高度吻合，細微的橫向偏差都難以實現(xiàn)高精度。

　　這種分布拍攝的方法和醫(yī)學CT成像原理類似，不同的是前者使用電子衍射成像，而后者使用X射線衍射成像。

　　俗話說“知人知面不知心”。李賽卻堅持解析病毒的“心”。團隊在病毒內部“打手電”，穿過囊膜，直擊里層的RNA和纏繞結構，展示出迄今為止最完整的新冠病毒形象。

　　分析100TB數(shù)據(jù) 繪制新冠病毒“大眾臉”

　　2018年，原本在英國牛津大學工作的李賽回國到清華大學工作，組建自己的實驗室。在此之前，李賽見識、解析過更為烈性的4級病毒，也讓多個3級病毒現(xiàn)出真身，包括令人聞風喪膽的沙拉病毒、裂谷熱病毒等。

　　當新冠病毒襲來，李賽坐不住了。他通過施一公聯(lián)系上正在武漢抗疫一線的李蘭娟，希望能夠獲得滅活新冠病毒以供電鏡研究。李蘭娟院士當即安排團隊與李賽對接。通過嚴格的多聚甲醛滅活，新冠病毒雖然“死了”，但還能保持活著的原貌。隨后，滅活病毒經過嚴格程序進入清華大學實驗室。

　　輾轉獲得病毒毒株后，李賽和團隊的周工作時長超過120小時。4月，團隊順利采集了兩批100TB的高質量冷凍電鏡斷層圖像數(shù)據(jù)。

　　千毒千面的病毒，哪些是最核心的特性呢？當研究進入計算分析階段，即用子斷層圖像平均法獲得高分辨率結構時，必須通過對病毒重構，將核心特征匯集起來，才能繪制出新冠病毒“大眾臉”。

　　2300顆病毒的三維構像中，哪些刺突蛋白最具代表性？李賽和團隊開始人工挑揀，這是一項極具“匠人”特性的工作，全憑研究人員過往對于其他病毒研究的經驗積累，5萬個病毒表面的刺突蛋白被挑選出進入下一步的蛋白分析。

　　經過整體和局部的綜合分析，新冠病毒的“狡詐”本質顯露無疑——表面刺突蛋白非常少，平均不到30個，卻可以自由游走、旋轉。

　　“在人類認知范圍內，首次見識這樣的囊膜病毒。”李賽說，蛋白旋轉的特征讓新冠病毒在攻擊細胞時，可以自由調整方位，和受體結合。“見風使舵”的特性讓它極具傳染性。

　　鎖定骨架蛋白 破解病毒攻擊宿主的策略

　　遺傳物質決定生命體的性狀，冠狀病毒擁有目前已知所有RNA病毒中最長的RNA，其核苷酸達近3萬個，是如何做到的？李賽團隊將目光投向收納RNA的骨架蛋白。

　　“這些領域之前無人研究?！崩钯愓f，在重塑核糖核蛋白復合物(RNP)時，沒有任何可能的預期和參考。他帶著學生在2萬個核糖核蛋白中“尋寶”?！按蠖鄶?shù)需要我親自挑選，因為我們對內部蛋白的認知實在太少了，而且在病毒體內這些蛋白‘像一串葡萄’一樣擁擠在一起，必須高精度區(qū)分，以免誤把其他蛋白的部分圈進來?！崩钯愓f。

　　新冠病毒的囊膜內蛋白群日漸清晰，呈現(xiàn)出“巢中蛋”的結構。在新冠病毒的“老巢”，超長RNA致密纏繞，蛋白為RNA提供了超強規(guī)則感的骨架，它們貼著囊膜以六聚體的“鳥巢”方式排列，在球心位置又以正四面體的“金字塔形”排列。就這樣，新冠病毒既可將體長100倍的核酸塞進自己體內，又能迎接變幻莫測的外部挑戰(zhàn)。

　　“核蛋白規(guī)則的排列，有助于收納超長RNA；當病毒攻擊宿主后，又能夠有序地把RNA釋放出去，不至于有所缺損。”李賽說，它們在攻擊宿主時能演變成旋轉的線軸，高速輸出并侵染新的宿主。

　　結構數(shù)據(jù)全球共享 有助研發(fā)更高效疫苗

　　對于新冠病毒，人類知之甚少。正因為如此，學術界對相同問題往往有不同的答案。例如，關于一種被命名為CR3022的中和抗體對新冠病毒的抑制能力，3月，《科學》雜志發(fā)文認為其具有很強的中和能力；但其他團隊之后卻發(fā)現(xiàn)CR3022對活病毒缺乏中和效應。

　　為什么研究結果會相互矛盾？原來前者中和試驗使用的是體外重組的病毒蛋白，而后者用的是活病毒。

　　“高精度的新冠病毒完整結構圖顯示它的表面蛋白會‘變臉’：有時呈抗原暴露狀態(tài)，有時呈抗原隱藏狀態(tài)，有時還會處于與膜融合的狀態(tài)。體外重組只有模仿出它的‘變臉’才能揭示其作用規(guī)律。”李賽說。

　　李賽團隊的研究還為之前的研究做了糾偏和補充。例如，今年3月對外公布的第一張新冠病毒的冷凍電鏡照片中，病毒的刺突蛋白幾乎全是針狀的。

　　“這可能是由于對活病毒的滅活處理破壞了病毒本身的蛋白結構，使其S1亞基脫落，S2亞基發(fā)生了向與膜融合狀態(tài)的構象變化?！崩钯愓f。

　　高精度病毒完整結構圖有助于人類開發(fā)出更高效的疫苗?！艾F(xiàn)在用的滅活疫苗的滅活方法可能無法給病毒的刺突蛋白留下‘全尸’，這理論上會影響其激發(fā)中和抗體的有效性?！崩钯愓f，這些都是可以更深入研究的工作。

　　李賽團隊已將新冠病毒高清三維結構上傳至結構生物學的數(shù)據(jù)庫EMDB(Electron Microscopy Data Bank)，供全球科學家免費下載，助力科普教育、科學研究、疫苗開發(fā)等工作。（記者 張佳星）

　　轉自：科技日報

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