這些病毒也太好看了吧

在地球上,四通八達的道路,鱗次櫛比的樓宇,還有山川河流、花草蟲魚,等等這一切構成了目前我們人眼所認知的宏觀世界。

而如果將宏觀世界放大一萬倍乃至十萬倍,那在我們眼中呈現的將是一個完全不同的“新世界”,生活在這個世界的“土著居民”我們稱之為病毒

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MERS-CoV

像我們人類以膚色分為了不同顏色人種,病毒也有種類之分,其主要分為DNA病毒和RNA病毒。

DNA病毒需要突破層層防線最終進入到生物細胞核,然後將自身的遺傳物質偷摸地與生物DNA結合,並隨之進行轉錄。

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圖源:researchfeatures

上圖是乙型肝炎病毒複製的簡化版本:病毒進入細胞後;外膜消融;病毒的環狀DNA進入細胞核;創建了CCC-DNA;再轉錄為RNA;RNA被包裝進一個新的衣殼中;產生了新病毒;病毒離開細胞。

而RNA病毒則不需要進入到細胞核,它們只要潛入到細胞中就達到了目的,因為它們可以仿照生物體內的信使RNA來指導自身所需的蛋白酶和幾種結構蛋白質進行轉錄

比如2019年出現的新型冠狀病毒(COVID-19)就屬於RNA病毒,這也是所有RNA病毒中最大的一種,這個家族成員還包括著名的SARS病毒、MERS病毒等,它們都屬於冠狀病毒。

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為了對抗這些病毒,我們首先就得要了解它們,但由於我們人眼無法直接看到病毒的真容,所以只能藉助電子顯微鏡。

那麼這些病毒在電鏡下是一幅什麼模樣呢?

在前不久,著名期刊《柳葉刀》上發佈了2019新型冠狀病毒的電鏡高清照片,看上去有點滑膩,表面還有許多圓柱形的突起,其實這也是冠狀病毒的名稱由來,看上去像是一個個小皇冠。

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圖源:The lancet

不過,除了這種電鏡直出的偽彩色照片之外,還有人通過彩繪將電鏡下的病毒畫了出來,比如下面這幅冠狀病毒的插畫。

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圖源:RCSB蛋白質數據庫

這幅圖描繪了冠狀病毒剛進入肺泡時的情況,在它的周圍有呼吸細胞分泌的黏液、抗體和幾種小型的免疫系統蛋白

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而病毒則被一圈膜給包裹著,該膜包含S(spike)蛋白、M(membrane)蛋白、E(envelope)蛋白和N(nucleocapsid)蛋白


其中S蛋白也叫刺突,主要是為了粘附在細胞膜表面並幫助病毒進入到細胞內部

M蛋白是病毒進入細胞後的又一層偽裝,它可以

參與內部核蛋白的組織

E蛋白是一個與病毒出芽有關的膜通道

在病毒的內部包含著許多拷貝的N蛋白,它們與冠狀病毒的基因組RNA所結合。(對應位置如下圖)

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看完之後,可能有同學會疑惑,這些病毒的結構真的是正確的嗎?

這裡就不得不說一下這幅畫的作者David S.Goodsell,他是一名計算生物學家和科學插畫師。

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自1月27日開始,Goodsell就開始著手繪製冠狀病毒的第一張草圖,由於他最看重的還是對科學事實的真實還原,因此,在他創作期間,參照了電子顯微鏡照片,並藉助x射線晶體學、生物計算機模擬等方法,來充分了解病毒分子之間的空間結構和它們彼此之間的關係。

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不過目前對於新型冠狀病毒的研究資料不是很多,所以Goodsell更多地是參照了SARS病毒。冠狀病毒其實有許多共同點,最直觀的就是它們的外觀,而不同之處在於膜上那幾種蛋白,因為它們都具有自身獨特的蛋白質結構

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在SARS爆發後,生物學家找出了其中幾種蛋白結構,並通過RCSB 蛋白質數據庫(PDB)共享了這些結構,於是Goodsell參照這些蛋白質結構開始繪製冠狀病毒彩繪。

經過幾天的潛心研究,Goodsell 完成了線稿併為之添加了顏色,雖然病毒本身不是彩色的,但鮮豔的色彩能夠很好的對它們的結構加以區分。

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而且考慮到分子的結構本身已經非常複雜了,為了避免太過“花裡胡哨”,Goodsell 儘可能地讓繪畫風格更加簡單:比如

呈粉紅色的刺突蛋白,呈淡紫色的核衣殼,還有呈淡黃色的黏液背景,堪稱病毒中的“曼陀羅”

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除了這幅冠狀病毒畫作,Goodsell還有許多其他的插畫作品,比如他之前繪製的埃博拉病毒橫切面結構圖

這幅圖描繪了埃博拉病毒的結構,在最外面被一層膜所包裹(粉紅色部分),上面散佈著許多

埃博拉糖蛋白(深綠色部分,看起來就像是生長在膜上的小樹)。

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圖源:wellcomecollection

裡面有一層基質蛋白(藍色部分)在內部支撐著外部的膜,並固定中心的圓柱形核殼(淺綠色部分),這裡面就存儲著病毒的RNA基因組

還有各種HIV病毒繪圖。

比如下面這幅圖顯示了正受到免疫系統攻擊的HIV(左上方的紅色球體),在其表面,小的Y型抗體正與之結合

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以及未成熟的HIV病毒和成熟的HIV病毒。

下圖是處於出芽後但未完全成熟的HIV病毒,其中Gag結構蛋白呈淺粉紅色,其他病毒蛋白(調控蛋白、輔助蛋白)呈洋紅色,RNA呈黃色,細胞蛋白呈藍色,tRNA呈綠色。

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未成熟的hiv病毒

這幅畫描繪了成熟的HIV病毒顆粒,包括藍色的Gag結構蛋白,洋紅色病毒酶,綠色的輔助蛋白和黃色的病毒RNA。另外宿主蛋白和tRNA以紫色顯示。

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成熟的hiv病毒

Goodsell利用彩繪將原本單調灰暗的病毒,變成了一幅幅生動漂亮的畫作。

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這些畫作也受到了廣泛好評,並數次登上了著名期刊的封面圖,還製成了教育繪本。

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甚至還被學術會議直接做成了LOGO:

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“逆轉錄病毒和機會性感染會議”網站(CROI)


說實話,看完這些美麗的病毒繪畫不禁在想,如果它們沒有這麼致命的話,那真的也太美了!(不過好像更多的還是Goodsell畫的太好看了)


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