冷凍電鏡下的新冠病毒經滅活後的真實形貌。圖/深圳市第三人民醫院
【財新網】（記者 趙今朝）天然的新冠病毒（SARS-CoV-2）到底長什麼樣？3月5日，南方科技大學及深圳市第三人民醫院的合作團隊首次利用冷凍電鏡技術觀測到天然新冠病毒（COVID-19的病原體）經滅活後的成像。該團隊在預印本平臺bioRxiv發表題為“冷凍電鏡下新冠病毒帶融合後刺突的病毒結構”（Viral Architecture of SARS-CoV-2 with Post-Fusion Spike Revealed by Cryo-EM）的研究論文，詳述了實驗室中新冠病毒的成功分離和純化，並揭示了SARS-CoV-2的整個病毒結構。bioRxiv為預印本平臺，平臺文章尚未定稿和經過同行評審認證。
新冠病毒從武漢蔓延到全球，已經致8.7萬人感染，超過3000人死亡。論文通信作者、深圳市第三人民醫院院長劉磊表示，完整的病毒電鏡圖是“萬里長征”的第一步，首次揭示病毒形成的模樣，以掀開全面瞭解病毒形態和結構序幕，同時為疫苗和藥物生產研發奠定基礎。
劉磊告訴財新記者，此次研究的進步之處在於回答了真實冠狀病毒的全結構，而非受體或者某個蛋白的結構，而研究開展的前提包括具備三級實驗室、冷凍電鏡技術、以及病人。據其回憶，早在1月21日醫院便開始佈局電鏡圖研究，思考如何利用好醫院3級實驗室和南方科技大學冷凍電鏡平臺探究病毒。
新冠病毒負染電鏡結構。圖/深圳市第三人民醫院
該研究的病毒樣本取自一名62歲的男性患者，此病人2020年1月1日至1月14日期間有武漢旅行史，1月11日開始出現發燒和咳嗽等症狀，1月15日收治入深圳市第三人民醫院，後經診斷確診為新冠肺炎。
1月27日，患者肺泡灌洗液中分離出病毒株，經基因組測序和鑑定後向全球流感信息共享平臺GISAID共享信息。此後，實驗室採用病毒擴增、純化及滅活技術，並綜合應用間接免疫熒光法 （IFA）、酶聯免疫吸附試驗（ELISA）和基因組序列與譜系分析多種方案核實和確認滅活的新冠病毒。該研究依託深圳市第三人民醫院三級（BSL-3）生物安全實驗室進行。根據設備和技術條件，生物安全實驗室分為4級，一級最低，四級最高。
從冷凍電鏡圖像看，新冠病毒體顆粒大致呈球形或中等多邊形，直徑範圍為80-160納米。大多數病毒體外圍有清晰界定，並被脂質雙層包裹，埋在脂質雙層下面的是新冠病毒核酸和核衣殼蛋白形成的濃縮物質。儘管許多顆粒在純化或失活過程中失去了尖峰，但20%-30%的病毒體在包膜周圍仍然有尖峰。尖峰的寬度和長度分別7nm和 23nm。
脂質雙層上有幾個重要的結構蛋白，包括刺突（S）蛋白，包膜（E）蛋白和膜（M）蛋白。S蛋白由S1亞基和S2亞基組成，被認為是冠狀病毒中最重要的蛋白質。S1亞基促進與宿主細胞的附著，而S2亞基則參與病毒與宿主膜的後續融合。當S1亞基解離時，S2經歷構象變化，其自身從壓縮形式延伸到指甲狀。此次研究捕捉到病毒侵染宿主細胞這一中間狀態。
論文提到，最近新冠病毒結構研究多集中在S蛋白上，而上述所有蛋白質都是在實驗室中通過重組表達系統工程化的，而不是從真實病毒中工程化的，因此仍然缺乏整個病毒體的結構。
2月20日，美國得克薩斯大學奧斯汀分校生物科學系和美國國立衛生研究院過敏與傳染病研究所（NIAID）疫苗研究中心的研究人員在收集和處理了3207張冷凍電鏡顯微照片後，獲得了一個3.5埃（1埃=0.1納米）分辨率的S蛋白非對稱三聚體的三維結構圖，並分析了新冠病毒表面刺突糖蛋白（S蛋白）的近原子結構，發現它通過與SARS病毒相同的受體和機制感染人體細胞，但新冠病毒刺突蛋白與其侵入細胞的關鍵受體——血管緊張素轉化酶2（ACE2）的高親和性，很可能有助於其產生高度人傳人的傳染性。（參見財新網報道“《科學》：新冠病毒S蛋白冷凍電鏡圖公佈 與SARS高度同源”）
上述研究在《科學》雜誌發佈後，華盛頓大學結構生物學教授大衛·維斯勒（David Veesler）團隊、清華大學王新泉教授研究團隊、中國科學院微生物研究所齊建勳研究團隊及西湖大學周強研究團隊，也相繼發佈新冠病毒與人類ACE2受體相關的近原子結構。
深圳市第三人民醫院是深圳市唯一定點收治新冠肺炎確診患者的醫院，疫情防控中曾多次開先例。劉磊提到，醫院確診了廣東省第一例患者，明確了第一個“人傳人”病例，發現第一個兒童病例，提出可能存在“糞口傳播”的現象。而此前備受爭議的恢復期血漿治療用於危重病人治療，也曾在醫院試驗。（參見財新網報道“特稿|深圳‘人傳人’結論是如何得出的”）
“臨床上出現了很多問題，我們都進行佈置”，劉磊介紹，目前醫院針對新冠病毒研究共有48個項目，研究方向以臨床問題為導向，同時醫院與蓋茨基金會2月19日正式簽訂合作，蓋茨基金會將為醫院藥物和臨床研究提供一定資金支持與學術指導。
該研究認為，首次使用冷凍電子顯微鏡觀察到了新冠病毒經滅活後的真實形貌，為新冠病毒的識別、鑑定和臨床相關研究提供重要的超微影像基礎。“現在看到結構僅僅是第一步，後續還有一系列的工作，包括三維構圖、發現作用、研究表面S蛋白的特異性等等”，劉磊表示。
（財新記者 楊睿對此文亦有貢獻）
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