冠状病毒因其表面日冕般的外围冠状得名,这些冠状物质叫“刺突蛋白”,是病毒进入人体细胞的“钥匙”,没有刺突蛋白,病毒就不具有感染性。目前,大多数对新冠病毒刺突蛋白的研究是体外重组的,而该研究直接在病毒上开展科研,原位解析了其天然构像和分布。科研人员发现,新冠病毒的刺突蛋白像“链锤”,可以摆动,上端粗、下端细,有助于病毒“抓住”细胞表面并入侵。
核糖核蛋白复合物则是病毒核酸与蛋白的结合体,病毒所有的遗传信息都在这里储存,可以调控病毒的生物特性。
新冠肺炎疫情是第二次世界大战结束后最严重的全球公共卫生突发事件。1月19日,浙大一院收治杭州第一例确诊病例,科学研究与临床救治同时启动。
李兰娟团队将从一名重症患者体内分离得到的病毒株在体外大量培养并有效灭活,利用冷冻电镜断层扫描技术持续对2294颗病毒粒子进行“高分辨率CT扫描”,在电镜下发现了病毒最清晰的真实结构,获得了病毒精确的尺寸大小与形态、表面刺突蛋白天然构像与分布、病毒内部核糖核蛋白复合物结构及组装形式等重要信息。病毒看上去像个太阳,形态与其他冠状病毒无异。
研究发现,冠状病毒表面的刺突蛋白懂得“自我保护”。如果把刺突蛋白比喻成伞,那么雨伞张开是“向上”,关闭是“向下”。刺突蛋白向上时,就像亮出武器,此时如人体细胞被刺中就面临感染危险。当刺突蛋白向下,就像收起兵器,以免被机体识别、击溃。研究发现,97%的新冠病毒刺突蛋白向下,这是它不易被抗体、药物等击败的原因之一。
新冠病毒的分子结构。SARS-CoV-2病毒体具有代表性的冷冻电镜断层成像照片(A);通过构建RBD“向下”(橙色)和1个RBD“向上”(红色)构像的融合前的S蛋白、脂质包膜(灰色)和核糖核蛋白复合物RNPs(黄色)的模型来重现SARS-CoV-2全病毒三维结构(B);精确计数了每个病毒粒子的刺突蛋白和RNP的数量(C); 揭示最具有代表性的RBD“向下”的S蛋白构像。
