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缚住病毒,基础科学家可记一功

2020-03-26 11:32
来源:半月谈网

半月谈记者 朱涵

人类同疾病较量最有力的武器就是科学技术。面对突然袭来的凶险疫情,在临床医学与病毒短兵相接的战场之外,还有另一条战线,基础科学家借助冷冻电镜,正努力探察新冠病毒入侵人体的过程。西湖大学周强教授最近在《科学》发表的成果,正是看清并复现了新冠病毒入侵人体的关键一刹那。

看清新冠病毒入侵人体的那一刻

在电子显微镜下,新冠病毒呈球状或椭圆形,病毒上有规则排列的突起,形似皇冠。新冠病毒最外层的一个个突起是刺突糖蛋白,可简称为S蛋白。

周强团队的研究发现,新型冠状病毒感染人体细胞的关键在于,S蛋白与人体ACE2 (血管紧张素转化酶2)蛋白发生结合。ACE2是人体内广泛存在的一种参与血压调节的蛋白。

此前,科学家从未能看清ACE2的全貌,更无从探知ACE2与新冠病毒S蛋白的相互作用。周强团队最令同行称道的贡献,就是解析出ACE2蛋白的高分辨三维空间结构,以及ACE2蛋白与新冠病毒S蛋白受体结合的复合物结构。

“可以理解为,S蛋白‘劫持’了ACE2,从而为入侵人体打通道路。”周强说。如果把人体想象成一间房屋,把新冠病毒想象成强盗,那么,ACE2就是这间房屋的“门把手”,病毒以S蛋白抓住了它,就能长驱直入闯进人体细胞。

在西湖大学发布这项研究成果的同时,清华大学王新泉教授研究团队和中国科学院微生物研究所齐建勋研究团队也在ACE2蛋白与新冠病毒S蛋白的晶体结构解析方面取得突出进展。3个团队都决定第一时间将其所获成果数据向学界公布,以便于后续研究利用。

基础研究,抗疫步履同样未停

如何理解周强团队这一研究的意义?科学家的共识是,从整个病毒的生命周期来看,“病毒如何进入细胞”这一步非常关键。知道病毒如何打开人体的“大门”,就能够进一步知道我们的身体,如何产生保护性抗体反应,保护这个“大门”,为医学界研制靶向药物提供了一张参考价值颇大的“线路图”。

加州大学洛杉矶分校教授孙仁说,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,周强团队的成果对我们了解病毒传播机制、预测其传播能力也提供了必要的指引。

清华大学全球健康与传染病研究中心主任张林琦教授介绍,在此基础上,科学家可以设计针对S蛋白或者ACE2蛋白的药物和抗体,或考虑借助小分子破坏它们之间的相互作用,这就为药物设计和检测手段开发打开了多元化探索齐头并进的空间,无疑增加了我们战胜病毒的胜算。

从周强团队取得突破性进展的时点回望,过去两个多月,以结构生物学为代表的基础研究领域科学家的抗疫步履,同样未停。

中国科学院武汉病毒研究所石正丽团队2月3日在《自然》发文,最先确定ACE2是新冠病毒侵入人体的关键;美国得克萨斯大学奥斯汀分校的研究团队接下来率先展示了新冠病毒的S蛋白结构;上海科技大学饶子和、杨海涛课题组解析了新冠病毒3CL水解酶的高分率晶体结构……

破解新冠病毒进入人体的“攻防术”,基础研究科学家在另一片看不见的战场上,捷报频传。

基础研究积累,既要“关门”又要“开门”

众所周知,基础研究往往是长周期项目,需要有经年累月耐心积累乃至闭关钻研才有获得进展的希望。那么,此番疫情突然暴发,基础研究何以能够第一时间大显身手?

一方面,在科学的视野中,新浮现的研究主题,也必然与此前的研究工作有千丝万缕的联系。能尽快把握这联系而调整工作方向,就可以让科学家以常人看起来惊人的速度取得研究进展。周强教授的“转型”其实就是一个例子。过去两年,周强团队一直在从事人源氨基酸转运蛋白的研究,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。

另一方面,今日基础科学研究成果的取得,日益与开放的成果数据共享和多学科精诚协作密不可分。周强团队攻关的背后,有西湖大学冷冻电镜中心、超算中心倾力支持,以及同行的数据交流;清华大学团队的工作,更是跨学科开展交叉合作的见证。

责任编辑:常磊

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