「新冠病毒」3D高清結(jié)構(gòu)照曝光！這個惡魔已感染1億地球人
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魚羊 蕭簫 發(fā)自 凹非寺?
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新冠病毒，毫無疑問將永載人類史冊。
今天，全球新冠疫情確診人數(shù)突破1億——全世界大約每78個人中，就有1人感染。
△圖源：騰訊新聞
但對于這個“惡魔”，你知道它真面目嗎？
現(xiàn)在，來自清華生命科學學院的7人團隊（李賽實驗室），與沙特的CV團隊合作，展示了迄今為止最完整的新冠病毒真實形象。
3D、高清大圖，逼真揭示了新冠病毒的“樣子”。
清華團隊說，完成這項工作，不為發(fā)論文，只為“證明病毒存在的科學論據(jù)”，讓全世界進一步了解新冠疫情的嚴重性。
3D的新冠病毒長啥樣？
先來看看病毒的整體形象（下圖所有顏色不代表病毒真實顏色，僅為3D渲染效果）：
△圖源：清華大學；完整視頻鏈接見文末
從外表來看，病毒像一個巨大的球，表面分布著刺突蛋白（紅色部分），可以自由擺動。
如果將病毒剖開一部分來看：
△圖源：清華大學
可以發(fā)現(xiàn)，新冠病毒的平均直徑約為100nm。而在病毒內(nèi)部，RNA纏繞在有序排列的核糖核蛋白復合物（RNP）上。
如果一層層拆分開來的話，具體的組成成分是這樣的：
△圖源：清華大學
當病毒進入人體時，其表面的刺突蛋白，幾乎在一瞬間就能與人體細胞表面的ACE2受體結(jié)合，“解開”細胞膜的防護，從而與細胞膜發(fā)生融合。
△圖源：清華大學
這種效果圖，是利用李賽實驗室此前解析的新冠病毒全病毒3D結(jié)構(gòu)，再借助沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科學技術大學（KAUST）伊萬·維奧拉團隊的納米圖形技術，將這些病毒樣本掃描結(jié)果轉(zhuǎn)化成3D可視化圖像，展示病毒原本的形狀：
△圖源：清華大學
但這還不是病毒“會動”的樣子。
研究者們又通過收集病毒數(shù)據(jù)，將病毒日?；顒拥臓顟B(tài)還原了出來。
△圖源：清華大學
在完成數(shù)據(jù)的收集、以及病毒在活動時的形態(tài)描述后，研究團隊將這些3D影像交由奧地利Nanographics，制作成了最終的科普視頻。
△圖源：清華大學
背后核心技術原理
能如此清晰地還原出病毒原本的面貌，究竟是怎么做到的呢？
從根本上來說，最重要的部分，是通過冷凍電鏡斷層成像、和電子斷層平均重構(gòu)技術，來獲得新冠病毒的全病毒3D結(jié)構(gòu)。
據(jù)紐約時報報道，2020年10月，這項由李賽實驗室與李蘭娟院士共同完成的研究，成功登上了《細胞（Cell）》雜志。
其研究成果，為這次最新的3D病毒科普影像提供了基礎。
對于這項成果，審稿人在評審意見里稱贊：
“這項工作展示了迄今為止我所見過的最完整新冠病毒形象，這也是使用冷凍電鏡斷層成像方法解析完整顆粒結(jié)構(gòu)的一次絕妙的應用?！?/p>
△圖源：清華大學
其中，冷凍電鏡將以電子為“光源”，穿透病毒樣品，以獲得病毒內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息。
而在清華大學的實驗室中，滅活新冠病毒被置于冷凍電鏡下，每旋轉(zhuǎn)3°就需要拍攝一張照片，總共拍攝41張。
不僅如此，研究人員還需要向病毒內(nèi)部“打手電”，穿過囊膜，照亮病毒內(nèi)部核糖核蛋白復合物的排列結(jié)構(gòu)。
這次研究中，李賽團隊創(chuàng)新性地發(fā)現(xiàn)，新冠病毒的刺突蛋白分布隨機、且具有柔性，可以像鏈錘一樣在病毒表面自由擺動、甚至游走。
這在囊膜病毒（包括天花、乙肝、丙肝、艾滋、狂犬、新冠病毒等）中，還是首次發(fā)現(xiàn)。
刺突蛋白擺動的特征，會讓新冠病毒在攻擊細胞時更具靈活性，有利于刺突蛋白同細胞上的ACE2受體結(jié)合，這可能是它高傳染性的原因之一。
如此復雜的抗原分布，使得在開發(fā)疫苗和中和抗體時，必須考慮刺突蛋白在病毒表面的具體分布和結(jié)構(gòu)。
不過，既然都是同一類病毒，為何還需要準確的還原出它的結(jié)構(gòu)？
事實上，即使是囊膜病毒，其整體結(jié)構(gòu)也可能長得非常不同。
根據(jù)李賽發(fā)表在《知識分子》上的文章，此前，他們團隊曾就囊膜病毒進行過專門的研究，然而從外表上來看，這些病毒的結(jié)構(gòu)幾乎完全不同：
△圖源：李賽團隊
準確地還原出它們的結(jié)構(gòu)，對于研究抗體、以及對應療法來說非常重要。
當然，這項成果，也離不開李蘭娟院士的傾力相助。
李蘭娟團隊主要負責提供病毒毒株，并專門針對電鏡研究，進行了相應篩選。
此外，李蘭娟團隊還針對冷凍電鏡實驗對樣本的特殊要求，專門成立了一個擴增病毒小組，對病毒進行了嚴格的滅活處理及失活驗證。
清華李賽團隊
該清華團隊負責人李賽，現(xiàn)為清華大學生命科學學院研究員。
他本科畢業(yè)于武漢大學應用物理系，此后分別于德國斯圖加特大學物理系、德國哥廷根大學生物物理系拿下碩士、博士學位。
在2018年加入清華大學生命科學學院之前，李賽曾于英國牛津大學粒子成像中心工作5年。
目前，李賽團隊的主要研究方向聚焦于：
高分辨冷凍電鏡斷層成像方法開發(fā)
新發(fā)致病性囊膜病毒的組裝及通過膜融合去組裝的結(jié)構(gòu)域功能
根據(jù)Google Scholar數(shù)據(jù)，李賽論文引用數(shù)為833，h指數(shù)為14。
在解開新冠病毒的全病毒三維結(jié)構(gòu)之前，李賽此前已經(jīng)和牛津大學的同事合作，完成過拉沙病毒、裂谷熱病毒、漢坦病毒等囊膜病毒的病毒結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)。
前排左起：宋雨桐，李賽，張佳星
后排左起：張哲源，孫楚杰，陳勇，徐家璐
而在與浙江大學李蘭娟院士團隊的合作中，李賽實驗室的學生宋雨桐、陳勇、徐家璐，與浙江大學姚航平、吳南屏為共同一作。課題組的孫楚杰、張佳星、張哲源也參與了該項工作。
值得一提的是，李賽研究員課題組建立至今不過兩年多的時間，實驗室成員的平均年齡不到28歲。
據(jù)清華大學報道，在揭開病毒真實面貌的100天里，他們中的大多數(shù)都是第一次面對如此高傳染性的病毒，也是第一次攻關如此重大緊急的課題。
作為病毒科研工作者，既要有在太平時期“甘坐冷板凳”的決心，也要有在重大疫情期間挺身而出的勇氣。
而這一次和Nanographics公司、阿卜杜拉國王科學技術大學合作完成新冠病毒高清科普影像，李賽坦承：
這并不是一個可以發(fā)表論文的成果，但我們花了如此多時間制作這些新冠病毒影像材料的初衷，就是為了展現(xiàn)病毒真實形象，并免費提供給全世界作為疫情防控宣傳和科普教育材料。
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