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西湖大学:首次成功解析新型冠状病毒细胞表面受体结构和表面S蛋白受体结构

来源:光明日报客户端2020-03-05 13:25

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  美国东部时间2020年3月4日上午10点左右,Science杂志在线发表了题为Structural basis for the recognition of the SARS-CoV-2 by full-length human ACE2 的研究论文,报道了西湖大学周强实验室首次成功解析新型冠状病毒细胞表面受体ACE2的全长三维结构,以及新型冠状病毒表面S蛋白受体结合结构域与细胞表面受体ACE2全长蛋白复合物的三维结构。

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  此前,这两项成果已分别于北京时间2月19日、2月21日在预印版平台bioRxiv发布,并第一时间向全社会公开。(点击看本端科普文《西湖大学研究团队又获重大突破:深度解密新冠病毒侵染人体一刻》)

  美国得克萨斯大学西南医学中心生物物理系主任,霍华德休斯医学研究所研究员Michael K. Rosen称,周强团队的这一生物物理学研究,在理解新冠病毒如何侵染人体细胞方面取得了重要进展,相关研究成果最终将对研发精准的新冠肺炎诊断、治疗手段起到关键作用。

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  看清新冠病毒侵染人体那一刻

  新冠病毒入侵人体的关键,在于冠状病毒表面的S蛋白与人体细胞表面的ACE2 蛋白的结合。如果把人体想象成一间房屋,病毒是入侵者,那么,ACE2就是这间房屋的“门把手”。S蛋白抓住了它,从而打开人体的大门,病毒得以长驱直入。

  不单单是新冠病毒,以SARS代表的一部分冠状病毒,都是通过ACE2入侵人体的。但以前科学家们从未看清ACE2的全貌及ACE2与新型冠状病毒S蛋白的相互作用。周强实验室的研究,用最短的时间帮助大家“看清”了新冠病毒侵染人体的那一刻。

  他们发现,新冠病毒的S蛋白像一座桥横跨在ACE2表面,与SARS病毒很相似,且新冠病毒S蛋白的受体结合结构域与SARS病毒序列具有82%的相似性,据此或可比较新冠病毒、SARS两种冠状病毒与人体内细胞蛋白结合的能力。这种结合能力可能影响病毒的传染力,当然,究竟是增强还是减弱,还需要通过其他实验手段验证。

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  加州大学洛杉矶分校分子与医学药理学、生物工程特聘教授孙仁认为,S蛋白与其受体的相互作用,是病毒传播的重要决定因素之一。因此,观察S蛋白受体结合结构域的序列及对应结构在病毒跨物种传播过程中、传播后的变化,对我们了解确认传播机制、预测传播能力来说是一条有效路径。

  “周强团队的研究,在理解病毒入侵细胞的机制上迈出了重要一步,并有助于我们进一步理解病毒跨物种及物种间的传播。而对于不同冠状病毒的S蛋白和不同宿主的ACE2,针对其多种组合的相互作用方式进行比较研究,或许会得出更多关键信息。”

  科学研究是经年累月的积累

  很多人惊讶,在武汉封城之后短短不到一个月的时间里,为何周强实验室能这么快取得成果?其实科学研究有着自身的规律,哪有什么奇迹,无非是经年累月的积累。

  过去两年,周强团队一直在西湖大学从事人源氨基酸转运蛋白的研究,这是一类专门负责在人体内运输氨基酸的蛋白质。这一过程中,他们圈定了一批重要的蛋白质为研究对象,其中就有ACE2。曾在北京亲历过SARS的周强,对那场疫情记忆深刻,SARS就是通过ACE2入侵人体的。他觉得这是非常重要的一个研究对象,尽管那时对ACE2的研究并非热门。

  2019年底,新型冠状病毒感染肺炎疫情在武汉爆发,这一次,病毒又是以ACE2为突破口进入人体。周强很快意识到疫情的严重性,立即将对新型冠状病毒与全长ACE2的结构解析提到最高优先级。与此同时,西湖大学与科研相关的冷冻电镜中心、超算中心也行动起来,无论是在校留守还是远程介入的,所有人都全力以赴,支持研究快速推进。

  分析ACE2全长结构、获取新型冠状病毒S蛋白、获取S蛋白与ACE2复合物、解析复合物结构……这个小而精的团队昼夜不停地奋战,最终以超乎寻常的速度,成功“复现”新型冠状病毒侵染人体那一刻。

  年轻团队淡然看待网友点赞

  当前,新冠肺炎疫情已影响全球,公众对相关领域科研成果的期待也前所未有。周强实验室的研究成果发布后,受到了社会公众的高度关注,微博上的话题新闻浏览量以“亿”为单位计,网友们的花式点赞接踵而来。

  但这个年轻的科研团队却很淡然。在他们看来,自己只是完成了一项“本职工作”。就像医务工作者坚守在一线治病救人,交警坚守在公路上值勤,物管坚守在小区出入口测体温一样,他们坚守在科学的战场上,打赢了一场实验室里的“抗疫战”。

  而这一份份坚守,正是我们能够战胜疫情的希望与信心所在。

  (光明日报全媒体记者严红枫 通讯员冯怡、严粒粒 )

[ 责编:杨煜 ]
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