新華社北京1月24日電 特寫：給新冠病毒“拍照片”的人
在看清新冠病毒納米級細微生物結(jié)構(gòu)的瞬間，中國清華大學生命科學學院研究員李賽無比興奮。他23日對記者說：“那種感覺如同爬上珠穆朗瑪峰俯瞰世界一樣。”
第一次，包括中國科研人員在內(nèi)的國際團隊“拍攝”到了新冠病毒的3D影像。在納米尺度的圖像上，平均直徑不到100納米的新冠病毒像一顆奇異星球，表面分布著可自由擺動的刺突蛋白“觸手”。在“星球”內(nèi)部，超長的核糖核酸鏈致密纏繞在有序排列的核糖核蛋白復合物上。
近日，由清華大學李賽實驗室和奧地利納米制圖公司、沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科學技術(shù)大學伊萬·維奧拉團隊合作的新冠病毒高清科普影像問世。
“CT檢查”揭露真容
李賽至今仍清晰記得解析出新冠病毒結(jié)構(gòu)的那一刻。去年6月初某天晚9點，電腦屏幕上顯示出病毒的完整結(jié)構(gòu)：碩大的刺突蛋白東倒西歪長在囊膜上，囊膜內(nèi)裹許多蛋白小球。
他非常激動，用顫抖的手撥通了實驗室電話：“通知所有人，停下所有工作，來我辦公室，新冠全病毒結(jié)構(gòu)解出來了。我們也許是世界上第一個如此真實、清晰看見它的團隊！”
這是團隊100多個日夜的攻關(guān)成果。他們利用冷凍電鏡斷層成像和子斷層平均重構(gòu)技術(shù)成功解析了新冠的全病毒三維結(jié)構(gòu)。
這項成果也離不開與浙江大學醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院傳染病診治國家重點實驗室李蘭娟院士課題組的合作，合作研究成果已于去年9月15日發(fā)表在美國《細胞》雜志網(wǎng)絡(luò)版上。這正是最新3D病毒科普影像的科學基礎(chǔ)。
疫情暴發(fā)不久后，李賽聯(lián)系上正在抗疫一線的李蘭娟院士，獲得了滅活新冠病毒以供電鏡研究。經(jīng)多聚甲醛滅活后的新冠病毒，依然保持著“生前”原貌。
在清華大學實驗室里，滅活新冠病毒被置于冷凍電鏡下，每旋轉(zhuǎn)3度被拍攝一張照片，總共拍攝41張，隨后開展立體重構(gòu)，就像給病毒做“全身CT檢查”。
經(jīng)過連日高強度工作后，團隊成員、23歲的研究生宋雨桐第一次看到冷凍電鏡下密密麻麻的病毒，直接被嚇哭了。一小滴液體中竟有如此高濃度的病毒，讓她“直冒冷汗”。
團隊還利用冷凍電鏡向病毒內(nèi)部“打手電”，穿過囊膜，清晰照亮了病毒內(nèi)部核糖核蛋白復合物的排列結(jié)構(gòu)，展示出迄今最完整的新冠病毒形象。冷凍電鏡以電子為“光源”穿透病毒樣品，以獲得病毒表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。
對新冠病毒結(jié)構(gòu)的解析，也讓疫苗和中和抗體研發(fā)更加“有的放矢”。比如，團隊觀察到新冠病毒表面刺突蛋白分布隨機，處于多種狀態(tài)，且比較脆弱容易脫落。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)。
團隊還將新冠病毒高清三維結(jié)構(gòu)上傳至電子顯微鏡數(shù)據(jù)庫供全球免費下載，方便后續(xù)開展科研和科普等。
中外合作建構(gòu)全貌
李賽團隊將結(jié)構(gòu)共享后，合作和采訪邀約紛至沓來。去年8月，阿卜杜拉國王科學技術(shù)大學的一封來信引起李賽團隊的極大興趣。
這是一支專注微觀生物影像的計算機視覺團隊。團隊負責人維奧拉希望共同開發(fā)更科學、更真實的新冠病毒科普影像。而這正是李賽團隊開展病毒結(jié)構(gòu)解析的初衷。
“人們對自己看不見的東西總會掉以輕心，我想只有盡快將病毒真實、完整、清晰地呈現(xiàn)給世界，讓大家看到它的駭人形象，才會讓更多人重視起來。”李賽說。
李賽23日對記者說，此前已有機構(gòu)發(fā)布了一些新冠病毒的假想模型，但存在大量錯誤，如刺突蛋白的分布和病毒整體比例不對。團隊希望病毒形象的每個細節(jié)都尊重病毒的前沿科研發(fā)現(xiàn)。
一個存有2TB研究數(shù)據(jù)和影像的硬盤從北京被寄往遙遠的沙特阿拉伯。基于李賽團隊解析出的全病毒三維結(jié)構(gòu)，維奧拉團隊利用人工智能圖像處理及編程優(yōu)勢，構(gòu)造了病毒的精細3D影像，并由奧地利納米制圖公司制作成視頻。
新冠病毒主要通過表面刺突蛋白與人體血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（ACE2）受體結(jié)合感染人體。刺突蛋白像一把“鑰匙”，ACE2受體則像一把“鎖”。鑰匙開了鎖，病毒才能進入細胞。
最新視頻還原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(jié)合，并與細胞膜發(fā)生膜融合。視頻還展現(xiàn)了刺突蛋白與新冠病毒膜切線垂線的夾角，以及刺突蛋白在病毒膜表面擺動的角度范圍。
李賽團隊介紹，研究發(fā)現(xiàn)刺突蛋白具有柔性，其擺動的特征會讓新冠病毒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。
視頻中，病毒表面的刺突蛋白像鏈錘一樣微微擺動，這些對活病毒細節(jié)的真實還原都來自于中外團隊近半年的緊密協(xié)作。
在李賽看來，這正是新冠國際科研合作的縮影。疫情讓全球科學家團結(jié)一心，第一時間共享科研成果，以助力疫苗、抗體研發(fā)和疫情防控。這一互助合作的精神及其成果令每個人都備受鼓舞。（新華社記者彭茜）
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