9月14日，權(quán)威學(xué)術(shù)雜志《細(xì)胞》（Cell）在線發(fā)表中國(guó)學(xué)者題為“Molecular architecture of the SARS-CoV-2 virus”（新冠病毒分子結(jié)構(gòu)）的研究成果，該研究以前所未有的分辨率解析了真實(shí)新冠病毒全病毒三維精細(xì)結(jié)構(gòu)，并原位揭示了其刺突蛋白的天然構(gòu)像和分布特征，以及核糖核蛋白復(fù)合物在病毒體內(nèi)的結(jié)構(gòu)及分子組裝機(jī)制，對(duì)深入了解病毒的生物特性、疫苗設(shè)計(jì)、抗病毒藥物研發(fā)等有重要意義。

全球首個(gè)揭示新冠病毒全病毒三維精細(xì)結(jié)構(gòu)及核糖核蛋白復(fù)合物的分子組裝

該成果由長(zhǎng)于病毒學(xué)研究的浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院傳染病診治國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李蘭娟院士課題組與長(zhǎng)于結(jié)構(gòu)生物學(xué)的清華大學(xué)生命學(xué)院李賽研究員課題組聯(lián)合完成，第一作者為浙大一院姚航平、吳南屏研究員以及清華大學(xué)宋雨桐、陳勇、徐家璐，通訊作者是李蘭娟院士和李賽研究員。

此前，國(guó)際上對(duì)新冠病毒結(jié)構(gòu)的研究聚焦于某個(gè)蛋白分子，該項(xiàng)研究首個(gè)揭示了真實(shí)的新冠病毒全病毒三維結(jié)構(gòu)，重構(gòu)出有代表性的3D模型，使“看不見的敵人”清晰地呈現(xiàn)。

冠狀病毒因其表面日冕般的外圍冠狀得名，這些冠狀物質(zhì)叫“刺突蛋白”，是病毒進(jìn)入人體細(xì)胞的“鑰匙”，沒有刺突蛋白，病毒就不具有感染性。目前，大多數(shù)對(duì)新冠病毒刺突蛋白的研究是體外重組的，而該研究直接在病毒上開展科研，原位解析了其天然構(gòu)像和分布?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)，新冠病毒的刺突蛋白像“鏈錘”，可以擺動(dòng)，上端粗、下端細(xì)，有助于病毒“抓住”細(xì)胞表面并入侵。

核糖核蛋白復(fù)合物則是病毒核酸與蛋白的結(jié)合體，病毒所有的遺傳信息都在這里儲(chǔ)存，可以調(diào)控病毒的生物特性。

新冠肺炎疫情是第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后最嚴(yán)重的全球公共衛(wèi)生突發(fā)事件。1月19日，浙大一院收治杭州第一例確診病例，科學(xué)研究與臨床救治同時(shí)啟動(dòng)。

李蘭娟團(tuán)隊(duì)將從一名重癥患者體內(nèi)分離得到的病毒株在體外大量培養(yǎng)并有效滅活，利用冷凍電鏡斷層掃描技術(shù)持續(xù)對(duì)2294顆病毒粒子進(jìn)行“高分辨率CT掃描”，在電鏡下發(fā)現(xiàn)了病毒最清晰的真實(shí)結(jié)構(gòu)，獲得了病毒精確的尺寸大小與形態(tài)、表面刺突蛋白天然構(gòu)像與分布、病毒內(nèi)部核糖核蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu)及組裝形式等重要信息。病毒看上去像個(gè)太陽，形態(tài)與其他冠狀病毒無異。

研究發(fā)現(xiàn)，冠狀病毒表面的刺突蛋白懂得“自我保護(hù)”。如果把刺突蛋白比喻成傘，那么雨傘張開是“向上”，關(guān)閉是“向下”。刺突蛋白向上時(shí)，就像亮出武器，此時(shí)如人體細(xì)胞被刺中就面臨感染危險(xiǎn)。當(dāng)刺突蛋白向下，就像收起兵器，以免被機(jī)體識(shí)別、擊潰。研究發(fā)現(xiàn)，97%的新冠病毒刺突蛋白向下，這是它不易被抗體、藥物等擊敗的原因之一。

新冠病毒的分子結(jié)構(gòu)。SARS-CoV-2病毒體具有代表性的冷凍電鏡斷層成像照片（A）；通過構(gòu)建RBD“向下”（橙色）和1個(gè)RBD“向上”（紅色）構(gòu)像的融合前的S蛋白、脂質(zhì)包膜（灰色）和核糖核蛋白復(fù)合物RNPs（黃色）的模型來重現(xiàn)SARS-CoV-2全病毒三維結(jié)構(gòu)（B）；精確計(jì)數(shù)了每個(gè)病毒粒子的刺突蛋白和RNP的數(shù)量（C）； 揭示最具有代表性的RBD“向下”的S蛋白構(gòu)像。

目前已在研制的基因工程疫苗都是基于體外重組表達(dá)的刺突蛋白的研究成果，這與病毒的原位狀態(tài)是否存在差異？科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過質(zhì)譜分析刺突蛋白的糖基化組成（“刺突蛋白”是一種糖蛋白），發(fā)現(xiàn)體外重組表達(dá)的刺突蛋白，與病毒原位狀態(tài)刺突蛋白的糖基化修飾高度相似，這對(duì)滅活病毒疫苗、基因工程重組疫苗及中和抗體研發(fā)有重要的指導(dǎo)意義。

對(duì)新冠病毒內(nèi)部結(jié)構(gòu)核心——核糖核蛋白復(fù)合物，該研究也取得重要進(jìn)展。

核糖核蛋白復(fù)合物RNPs的天然結(jié)構(gòu)及其組裝機(jī)制。顯示RNP的兩種不同類型的超微結(jié)構(gòu)：六聚體（橙色框）和四聚體（紅色框）；七個(gè)RNP被包裹在病毒包膜內(nèi)（灰色），形成“巢中蛋”形的六聚體組件，四個(gè)RNP被包裝成無膜的四聚體組件（下）；RNP六聚體組裝成球形病毒，四聚體組裝成橢球型病毒。

早前的研究發(fā)現(xiàn)，新冠病毒的核糖核酸長(zhǎng)度是同類病毒中最長(zhǎng)的，達(dá)到病毒自身直徑的100倍。那么，病毒如何使這么長(zhǎng)的核糖核酸不糾纏、不打結(jié)、不斷裂，完好裝進(jìn)體內(nèi)？科研團(tuán)隊(duì)揭示了病毒腔內(nèi)核糖核蛋白復(fù)合物天然結(jié)構(gòu)及其組裝機(jī)制，闡明病毒如何在80納米管腔內(nèi)組裝和堆積單股長(zhǎng)達(dá)30Kb（千堿基）的核糖核酸。

原來，這些復(fù)合物像串珠一樣把核糖核酸組織在一起，并在病毒體內(nèi)有序排列，解決了在有限空間收納超過自身容量核糖核酸的難題，還加固了病毒本身結(jié)構(gòu)，使它能經(jīng)受人體外復(fù)雜環(huán)境中各種理化因素破壞的挑戰(zhàn)，這也是解釋病毒可長(zhǎng)期在外環(huán)境存活的一個(gè)重要因素。