研制疫苗关键一步！美国创建首个新冠病毒3D原子图

2 月19 日，国际顶尖学术期刊《Science》刊发了美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jason S McLellan 团队的一篇重磅成果。

研究人员通过冷冻电镜Cryo-EM 技术，解析出新冠病毒S 蛋白三聚体3.5 埃的近原子分辨率结构，迈出了疫苗研制关键一步。

值得一提的是，这篇论文首次提出新冠病毒S蛋白结合ACE2的亲和力要远高于SARS-CoV的S蛋白，是SARS的10到20倍，这可能意味着新冠病毒肺炎（COVID-19）比SARS的传染性要强很多。

病毒要进入人体细胞，必须找到人体细胞上相应的受体蛋白，如果将每个受体比作一把“锁”的话，S蛋白便是新冠病毒打开这把“锁”，后进入细胞内部的“钥匙”。

在从中国研究人员那里获得该病毒的基因组序列后仅两周时间，研究小组就设计并生产了其稳定的刺突蛋白样品，大约花了12天的时间来重建刺突蛋白的3-D原子尺度图（即分子结构）。

该模型还可帮助科学家开发新蛋白，结合到刺突的不同部位，阻止其发挥功能，治疗已经被感染的人。

这是科学家首次通过冷冻电镜对新冠病毒S 蛋白结构进行详细观察和解析，从生物物理及结构生物学的角度加深了对新冠病毒的认知，为疫苗研发等相关工作奠定了夯实的基础。研究小组正在将其分子结构图发送给世界各地的研究者，包括中国的许多团体，这将有助于疫苗的研发。

研究小组获得结构的分子仅代表刺突蛋白的细胞外部分，但足以在人体内引发免疫反应，因此可以用作疫苗。

接下来，McLellan的小组计划使用他们的分子对引起COVID-19的病毒进行另一道攻击，利用该分子作为“探针”，从感染了新型冠状病毒并成功康复的患者中分离出天然产生的抗体,暴露量足够大后，这些抗体可以帮助治疗冠状病毒感染。

领导该研究的教授詹森·麦克莱伦（Jason McLellan）和他的同事们花了很多年研究其他冠状病毒，包括SARA冠状病毒（SARS-CoV）和MERS冠状病毒（MERS-CoV），这种经验使他们比其他研究新病毒的研究小组更具优势。

此外，这次研究破解工作使用了斩获2017年诺贝尔化学奖的“冷冻电镜”，这也是该研究获得成功的关键。

冷冻电子显微镜（cryogenic electron microscopy,简称cryo-EM），即应用冷冻固定术，在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术，让研究者能将生物分子“冻起来”，前所未有地观察分析运动过程。

新冠病毒为什么传染性更强

早在 1月下旬，中国科学院武汉病毒所石正丽团队在 Nature 发表的研究论文中，便证实了新型冠状病毒感染人体细胞的关键就在于 S 蛋白与 ACE2 蛋白的结合。

在此次解析S 蛋白结构的工作中，通过与SARS病毒的结构比较，Jason McLellan研究小组认为，新冠病毒的S蛋白结合人体ACE2（宿主细胞受体血管紧张素转化酶2）的亲和力要远高于严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV）的S蛋白。

通过计算，SARS病毒S蛋白与ACE2的平衡解离常数KD是325.8 nM，新冠病毒S蛋白与ACE2的平衡解离常数KD是15 nM。（上图A）

KD值越小意味解离越多，S蛋白与ACE2的亲和力越强，这意味着新冠病毒S蛋白与ACE2的亲和力，是SARS病毒S蛋白与ACE2之间亲和力10倍，甚至20倍，这解释了为什么新冠病毒传染性要比SARS病毒强得多，当然，还需要进一步研究确认这个结论。

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发布于 2020-02-21 14:18