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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(jí)細(xì)微生物結(jié)構(gòu)的瞬間，中國(guó)清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員李賽無比興奮。他23日對(duì)記者說：“那種感覺如同爬上珠穆朗瑪峰俯瞰世界一樣?！?/p>

第一次，包括中國(guó)科研人員在內(nèi)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)“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(dòng)的刺突蛋白“觸手”。在“星球”內(nèi)部，超長(zhǎng)的核糖核酸鏈致密纏繞在有序排列的核糖核蛋白復(fù)合物上。

近日，由清華大學(xué)李賽實(shí)驗(yàn)室和奧地利納米制圖公司、沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科學(xué)技術(shù)大學(xué)伊萬(wàn)·維奧拉團(tuán)隊(duì)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(diǎn)，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(zhǎng)在囊膜上，囊膜內(nèi)裹許多蛋白小球。

他非常激動(dòng)，用顫抖的手撥通了實(shí)驗(yàn)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(gè)如此真實(shí)、清晰看見它的團(tuán)隊(duì)！”

這是團(tuán)隊(duì)100多個(gè)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(xiàng)成果也離不開與浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院傳染病診治國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)《細(xì)胞》雜志網(wǎng)絡(luò)版上。這正是最新3D病毒科普影像的科學(xué)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(xué)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度工作后，團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(fù)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(duì)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(tuán)隊(duì)觀察到新冠病毒表面刺突蛋白分布隨機(jī)，處于多種狀態(tài)，且比較脆弱容易脫落。如此復(fù)雜的抗原分布，使得在開發(fā)疫苗和中和抗體時(shí)，必須考慮刺突蛋白在病毒表面的具體分布和結(jié)構(gòu)。

團(tuán)隊(duì)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(kù)供全球免費(fèi)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(tuán)隊(duì)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(guó)王科學(xué)技術(shù)大學(xué)的一封來信引起李賽團(tuán)隊(duì)的極大興趣。

這是一支專注微觀生物影像的計(jì)算機(jī)視覺團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人維奧拉希望共同開發(fā)更科學(xué)、更真實(shí)的新冠病毒科普影像。而這正是李賽團(tuán)隊(duì)開展病毒結(jié)構(gòu)解析的初衷。

“人們對(duì)自己看不見的東西總會(huì)掉以輕心，我想只有盡快將病毒真實(shí)、完整、清晰地呈現(xiàn)給世界，讓大家看到它的駭人形象，才會(huì)讓更多人重視起來?！崩钯愓f。

李賽23日對(duì)記者說，此前已有機(jī)構(gòu)發(fā)布了一些新冠病毒的假想模型，但存在大量錯(cuò)誤，如刺突蛋白的分布和病毒整體比例不對(duì)。團(tuán)隊(duì)希望病毒形象的每個(gè)細(xì)節(jié)都尊重病毒的前沿科研發(fā)現(xiàn)。

一個(gè)存有2TB研究數(shù)據(jù)和影像的硬盤從北京被寄往遙遠(yuǎn)的沙特阿拉伯?；诶钯悎F(tuán)隊(duì)解析出的全病毒三維結(jié)構(gòu)，維奧拉團(tuán)隊(duì)利用人工智能圖像處理及編程優(yōu)勢(shì)，構(gòu)造了病毒的精細(xì)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(jìn)入細(xì)胞。

最新視頻還原了新冠病毒入侵人體細(xì)胞的過程：在入侵的那一刻，新冠病毒與受體結(jié)合，并與細(xì)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(dòng)的角度范圍。

李賽團(tuán)隊(duì)介紹，研究發(fā)現(xiàn)刺突蛋白具有柔性，其擺動(dòng)的特征會(huì)讓新冠病毒攻擊細(xì)胞時(shí)更具靈活性，有利于刺突蛋白同細(xì)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(dòng)，這些對(duì)活病毒細(xì)節(jié)的真實(shí)還原都來自于中外團(tuán)隊(duì)近半年的緊密協(xié)作。

在李賽看來，這正是新冠國(guó)際科研合作的縮影。疫情讓全球科學(xué)家團(tuán)結(jié)一心，第一時(shí)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(gè)人都備受鼓舞。（新華社記者彭茜）