“CT檢查”揭露真容走近新冠病毒“攝影師”

　　在看清新冠病毒納米級細微生物結構的瞬間，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構的那一刻。去年6月初某天晚9點，電腦屏幕上顯示出病毒的完整結構：碩大的刺突蛋白東倒西歪長在囊膜上，囊膜內裹許多蛋白小球。

　　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，新冠全病毒結構解出來了。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多個日夜的攻關成果。他們利用冷凍電鏡斷層成像和子斷層平均重構技術成功解析了新冠的全病毒三維結構。

　　這項成果也離不開與浙江大學醫學院附屬第一醫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日發表在美國《細胞》雜志網絡版上。這正是最新3D病毒科普影像的科學基礎。

　　疫情暴發不久后，李賽聯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3度被拍攝一張照片，總共拍攝41張，隨后開展立體重構，就像給病毒做“全身CT檢查”。

　　經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部“打手電”，穿過囊膜，清晰照亮了病毒內部核糖核蛋白復合物的排列結構，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部結構信息。

　　對新冠病毒結構的解析，也讓疫苗和中和抗體研發更加“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，且比較脆弱容易脫落。如此復雜的抗原分布，使得在開發疫苗和中和抗體時，必須考慮刺突蛋白在病毒表面的具體分布和結構。

　　團隊還將新冠病毒高清三維結構上傳至電子顯微鏡數據庫供全球免費下載，方便后續開展科研和科普等。

　　中外合作建構全貌

　　李賽團隊將結構共享后，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構解析的初衷。

　　“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，此前已有機構發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都尊重病毒的前沿科研發現。

　　一個存有2TB研究數據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構，維奧拉團隊利用人工智能圖像處理及編程優勢，構造了病毒的精細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換酶2（ACE2）受體結合感染人體。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，新冠病毒與受體結合，并與細胞膜發生膜融合。視頻還展現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，研究發現刺突蛋白具有柔性，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，這些對活病毒細節的真實還原都來自于中外團隊近半年的緊密協作。

　　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一心，第一時間共享科研成果，以助力疫苗、抗體研發和疫情防控。這一互助合作的精神及其成果令每個人都備受鼓舞。