3D影像來(lái)了！新冠病毒原來(lái)長(zhǎng)這樣

　　新華社北京1月23日電（記者彭茜）新冠疫情肆虐全球，小小病毒如何感染全球近億人？

　　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”到新冠病毒3D影像。

　　在納米尺度的圖像上，平均直徑不到100納米的新冠病毒像一顆奇異的星球，表面分布著可以自由擺動(dòng)的刺突蛋白“觸手”。在“星球”內(nèi)部，超長(zhǎng)的核糖核酸（RNA）鏈致密纏繞在有序排列的核糖核蛋白復(fù)合物（RNP）上。

　　1月21日，這一由清華大學(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(wàn)·維奧拉團(tuán)隊(duì)合作的新冠病毒高清科普影像出爐。

　　對(duì)人類來(lái)說(shuō)，新冠病毒是個(gè)“既熟悉又陌生”的存在。它和嚴(yán)重急性呼吸綜合征（SARS）冠狀病毒、中東呼吸綜合征（MERS）冠狀病毒同屬冠狀病毒大家庭，是過(guò)去18年里第三種導(dǎo)致人類大規(guī)模感染的冠狀病毒。

　　新冠病毒主要通過(guò)病毒表面的刺突蛋白spike與人體ACE2受體結(jié)合感染人體。刺突蛋白像一把“鑰匙”，細(xì)胞上的ACE2受體則像一把“鎖”。鑰匙開(kāi)了鎖，病毒才能進(jìn)入細(xì)胞。開(kāi)發(fā)新冠疫苗的主要目標(biāo)也正是阻止鑰匙打開(kāi)鎖，以防病毒感染細(xì)胞。

　　最新3D影像展示了新冠病毒入侵人體細(xì)胞的過(guò)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。

　　李賽研究團(tuán)隊(duì)23日向記者介紹，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。

　　視頻形象展現(xiàn)了刺突蛋白與新冠病毒膜切線垂線的夾角，以及刺突蛋白在病毒膜表面擺動(dòng)的角度范圍。

　　早在去年9月15日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》雜志就在線發(fā)表了清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李賽實(shí)驗(yàn)室與浙江大學(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的合作成果。

　　他們利用冷凍電鏡斷層成像和子斷層平均重構(gòu)技術(shù)成功解析了新冠病毒的全病毒三維結(jié)構(gòu)。這一研究成果，為最新的3D病毒科普影像提供了基礎(chǔ)。

　　經(jīng)多聚甲醛滅活后的新冠病毒冷凍電鏡圖片（李賽實(shí)驗(yàn)室供圖）

　　在清華大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室中，滅活新冠病毒被置于冷凍電鏡下，每旋轉(zhuǎn)3°拍攝一張照片，總共拍攝41張，隨后進(jìn)行立體重構(gòu)，就像給病毒做“全身CT檢查”。

　　團(tuán)隊(duì)還向病毒內(nèi)部“打手電”，穿過(guò)囊膜，清晰地照亮了病毒內(nèi)部核糖核蛋白復(fù)合物的排列結(jié)構(gòu)，展示出迄今為止最完整的新冠病毒形象。

　　冷凍透射電鏡是目前結(jié)構(gòu)生物學(xué)廣泛使用的科研利器，它以電子為“光源”穿透病毒樣品，以獲得病毒內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息。

　　滅活新冠病毒全病毒三維精細(xì)結(jié)構(gòu)（李賽實(shí)驗(yàn)室供圖）

　　基于冷凍電鏡斷層成像和子斷層平均重構(gòu)技術(shù)解析的病毒結(jié)構(gòu)，國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)利用3D渲染技術(shù)制作出了精細(xì)的新冠病毒3D影像，讓我們得以一窺病毒的內(nèi)外全貌。不過(guò)，需要注意的是，視頻中病毒對(duì)比鮮明的顏色并不代表其真實(shí)顏色，只是3D渲染的效果。

　　對(duì)新冠病毒結(jié)構(gòu)的解析，也讓疫苗和中和抗體研發(fā)更加“有的放矢”。比如，李賽團(tuán)隊(duì)觀察到新冠病毒表面的刺突蛋白分布隨機(jī)，且處于多種狀態(tài)。如此復(fù)雜的抗原分布，使得在開(kāi)發(fā)疫苗和中和抗體時(shí)，必須考慮刺突蛋白在病毒表面的具體分布和結(jié)構(gòu)。

　　李賽告訴記者，此前有機(jī)構(gòu)發(fā)布了一些關(guān)于新冠病毒的假想3D模型，但存在大量錯(cuò)誤，比如刺突蛋白的分布和病毒整體的比例不對(duì)。研究團(tuán)隊(duì)希望能讓病毒形象的每一個(gè)細(xì)節(jié)都尊重病毒的前沿科研發(fā)現(xiàn)。

　　李賽團(tuán)隊(duì)照片（李賽實(shí)驗(yàn)室供圖）

　　去年8月，看到李賽實(shí)驗(yàn)室提交在生命科學(xué)預(yù)印本論文平臺(tái)bioRxiv的科研成果后，沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科學(xué)技術(shù)大學(xué)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)團(tuán)隊(duì)主動(dòng)聯(lián)系，希望可以共同創(chuàng)作更科學(xué)、更真實(shí)的新冠病毒科普影像。

　　雙方一拍即合，利用各自的結(jié)構(gòu)生物學(xué)、病毒學(xué)特長(zhǎng)和圖像處理及編程優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)數(shù)月遠(yuǎn)程溝通構(gòu)造了病毒的真實(shí)3D影像，并由奧地利Nanographics公司最終制作成視頻。

　　“這并不是一個(gè)可以發(fā)表論文的成果，但我們花了如此多時(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。”李賽說(shuō)，在一些國(guó)家仍有人質(zhì)疑新冠病毒的真實(shí)存在，這些影像將是證明病毒存在的科學(xué)論據(jù)。