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冷凍電鏡,新冠病毒研究得以進步的技術支持

2021-01-25 12:40
來源:澎湃新聞·澎湃號·湃客
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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。

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