文/陳根

2020年2月19日，美國得克薩斯大學奧斯汀分校團隊在Science雜志發表研究成果，宣布成功解析新冠病毒S蛋白結構，并重建首個新冠病毒附著并感染人類細胞部分的3D原子尺寸結構圖。

基于新冠病毒的基因組序列，研究人員設計并生產了穩定的刺突蛋白樣品。并且，利用冷凍電鏡（Cryo-EM）技術，在收集并處理了3207張顯微照片之后，研究人員以3.5埃的分辨率重構了新冠病毒表面S蛋白三聚體的3D結構。

2021年1月21日，由清華大學生命科學學院李賽實驗室和奧地利Nanographics公司、沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科學技術大學伊萬·維奧拉團隊合作的新冠病毒高清科普影像問世。第一次，包括中國科研人員在內的一支國際團隊“拍攝”到了新冠病毒的3D影像。

最新3D影像展示了新冠病毒入侵人體細胞的過程：在入侵的那一刻，新冠病毒與受體結合，并與細胞膜發生了膜融合。

研究團隊表示，研究發現刺突蛋白具有柔性，可以像鏈錘一樣在病毒表面自由擺動。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受體結合。

可以說，不論是3D原子尺寸結構圖，還是新冠病毒的3D影像，都對人們了解新型冠狀病毒意義重大。而值得一提的是，兩次研究成果的背后，都離不開冷凍電鏡這一技術的使用。

冷凍電鏡是用于掃描電鏡的超低溫冷凍制樣及傳輸技術(Cryo-SEM)，可實現直接觀察液體、半液體及對電子束敏感的樣品，如生物、高分子材料等。事實上，冷凍電鏡的使用已經有很長時間，過去的十年，這項技術一躍成為了分析大分子結構的有力工具。

三位冷凍電鏡研究先驅——洛桑大學的Jacques Dubochet、哥倫比亞大學的Joachim Frank of Columbia University和MRC分子生物學實驗室的Richard Henderson也因此分享了2017年的諾貝爾化學獎。

冷凍電鏡可以使科學家們清晰地觀察到，小分子是如何結合在蛋白質的活性口袋中的。事實也證明，冷凍電鏡是解析SARS-CoV-2的重要工具。

對于用冷凍電鏡“拍攝”新冠病毒的3D影像，研究人員表示，這并不是一個可以發表論文的成果，但他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。

這些影像是證明病毒存在的科學論據，也是反擊質疑新冠病毒的真實存在的有力武器。