近日，德國科學(xué)家使用高分辨率成像和計算機輔助方法分析了新冠病毒的刺突結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)病毒表面的刺突可像栓在線上的氣球一樣運動，靈活地尋找與靶細(xì)胞對接的受體。該研究在研發(fā)有效疫苗的過程中有助于理解刺突蛋白的免疫學(xué)特性。相關(guān)成果發(fā)表在8月18日的《科學(xué)》雜志在線版中。

在與新冠病毒的斗爭中，科學(xué)家們正在對疫苗和療法進(jìn)行深入研究。新冠病毒需要其表面的刺突才能穿透受體細(xì)胞。德國保羅·埃利希研究所與位于海德堡的歐洲分子生物學(xué)實驗室（EMBL），以及位于法蘭克福的馬克斯·普朗克生物物理研究所的科學(xué)家一起合作，使用高分辨率成像和計算機輔助方法分析了新冠病毒刺突的結(jié)構(gòu)。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)刺突擁有出乎意料的運動特性。

新冠病毒需要其表面的刺突蛋白與人體細(xì)胞表面的特定受體結(jié)合，并以此方式感染細(xì)胞。這些尖峰狀的結(jié)構(gòu)是新冠疫苗開發(fā)的中心，因為它們旨在作為抗原誘導(dǎo)人類免疫應(yīng)答，從而保護(hù)人體不感染新冠肺炎。研究人員正在深入研究新冠病毒，尤其是其表面結(jié)構(gòu)，以獲取有關(guān)疫苗和用于治療感染患者的有效藥物的知識。這其中空間結(jié)構(gòu)的知識非常重要，它對于滲透到靶細(xì)胞中的過程意義重大。

科學(xué)家們結(jié)合了最新的技術(shù)，例如冷凍電鏡斷層成像技術(shù)，子斷層平均法和分子動力學(xué)模擬等，以幾乎原子級別的分辨率對病毒的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。科學(xué)家們從感染細(xì)胞的上清液中獲取新冠病毒顆粒，然后借助EMBL的最新電子顯微鏡技術(shù)，繪制了266張冷凍斷層圖，顯示了大約1000個不同的新冠病毒顆粒，每個病毒的表面平均分布著40個刺突。通過使用子圖平均和圖像處理，總共獲取了近40000個刺突的重要結(jié)構(gòu)信息。

研究發(fā)現(xiàn)了可用于疫苗開發(fā)的積極成果：刺突的球形或V形上部在自然條件下具有一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可被用于疫苗開發(fā)的重組蛋白很好地復(fù)制。但是，關(guān)于將球狀部分固定在病毒表面上的莖的發(fā)現(xiàn)是全新的。此前人們對這種結(jié)構(gòu)知之甚少。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這部分結(jié)構(gòu)非常靈活。在圖像中，很少是直立的，而是向各個方向傾斜的。研究小組確定了莖部的四個不同區(qū)域，分別將其命名為“臀部”“膝蓋”“腳踝”，最后是膜包埋的“腳”區(qū)域。研究人員結(jié)合分子動力學(xué)模擬和冷凍斷層掃描技術(shù)，證明了這些部分可以執(zhí)行彎曲運動。數(shù)據(jù)表明，包含受體結(jié)合區(qū)和與靶細(xì)胞融合所必需的刺突的球形部分與柔性莖相連。

保羅·埃利希研究所的雅克明·克里金斯·洛克教授介紹說：“病毒表面的刺突可以像栓在線上的氣球一樣運動，因此能夠靈活地尋找與靶細(xì)胞對接的受體。”進(jìn)一步的研究還表明，刺突的莖部具有許多聚糖鏈。這可以給莖干一種保護(hù)層，并使其免受中和抗體的侵害。現(xiàn)在可以在進(jìn)一步的實驗中弄清這一點，這將有助于理解刺突蛋白在研發(fā)有效疫苗過程中的免疫學(xué)特性。（記者李山）