文/陳根

2020年2月19日，美國(guó)得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校團(tuán)隊(duì)在Science雜志發(fā)表研究成果，宣布成功解析新冠病毒S蛋白結(jié)構(gòu)，并重建首個(gè)新冠病毒附著并感染人類細(xì)胞部分的3D原子尺寸結(jié)構(gòu)圖。

基于新冠病毒的基因組序列，研究人員設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了穩(wěn)定的刺突蛋白樣品。并且，利用冷凍電鏡（Cryo-EM）技術(shù)，在收集并處理了3207張顯微照片之后，研究人員以3.5埃的分辨率重構(gòu)了新冠病毒表面S蛋白三聚體的3D結(jié)構(gòu)。

2021年1月21日，由清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李賽實(shí)驗(yàn)室和奧地利Nanographics公司、沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科學(xué)技術(shù)大學(xué)伊萬·維奧拉團(tuán)隊(duì)合作的新冠病毒高清科普影像問世。第一次，包括中國(guó)科研人員在內(nèi)的一支國(guó)際團(tuán)隊(duì)“拍攝”到了新冠病毒的3D影像。

最新3D影像展示了新冠病毒入侵人體細(xì)胞的過程：在入侵的那一刻，新冠病毒與受體結(jié)合，并與細(xì)胞膜發(fā)生了膜融合。

研究團(tuán)隊(duì)表示，研究發(fā)現(xiàn)刺突蛋白具有柔性，可以像鏈錘一樣在病毒表面自由擺動(dòng)。刺突蛋白擺動(dòng)的特征會(huì)讓新冠病毒在攻擊細(xì)胞時(shí)更具靈活性，有利于刺突蛋白同細(xì)胞上的ACE2受體結(jié)合。

可以說，不論是3D原子尺寸結(jié)構(gòu)圖，還是新冠病毒的3D影像，都對(duì)人們了解新型冠狀病毒意義重大。而值得一提的是，兩次研究成果的背后，都離不開冷凍電鏡這一技術(shù)的使用。

冷凍電鏡是用于掃描電鏡的超低溫冷凍制樣及傳輸技術(shù)(Cryo-SEM)，可實(shí)現(xiàn)直接觀察液體、半液體及對(duì)電子束敏感的樣品，如生物、高分子材料等。事實(shí)上，冷凍電鏡的使用已經(jīng)有很長(zhǎng)時(shí)間，過去的十年，這項(xiàng)技術(shù)一躍成為了分析大分子結(jié)構(gòu)的有力工具。

三位冷凍電鏡研究先驅(qū)——洛桑大學(xué)的Jacques Dubochet、哥倫比亞大學(xué)的Joachim Frank of Columbia University和MRC分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Richard Henderson也因此分享了2017年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

冷凍電鏡可以使科學(xué)家們清晰地觀察到，小分子是如何結(jié)合在蛋白質(zhì)的活性口袋中的。事實(shí)也證明，冷凍電鏡是解析SARS-CoV-2的重要工具。

對(duì)于用冷凍電鏡“拍攝”新冠病毒的3D影像，研究人員表示，這并不是一個(gè)可以發(fā)表論文的成果，但他們花了如此多時(shí)間制作這些新冠病毒影像材料的初衷，就是為了展現(xiàn)病毒真實(shí)形象，并免費(fèi)提供給全世界作為疫情防控宣傳和科普教育材料。

這些影像是證明病毒存在的科學(xué)論據(jù)，也是反擊質(zhì)疑新冠病毒的真實(shí)存在的有力武器。