重磅 | 全球首次,南方科技大学等多单位合作,首次揭示新冠病毒整体结构

发布时间:2020-03-06 14:45     文章来源:未知     作者:bobapp登陆生物

由于新病例的迅速增加,2019年冠状病毒病(COVID-19)很快引起了全球关注。新型冠状病毒感染被认为是从动物传播的,到2020年1月,怀疑最初受感染的患者是通过人与人之间的传播感染了该病毒。自2020年1月以来,covid- 19种病毒已经升级,该病毒已迅速传播到中国大部分地区和其他国家。截至2020年3月4日,中国报告了80270例确诊的COVID-19和2981例死亡人数。这些数字每天都会更新,而且预计还会进一步增加。
 

最近SARS-CoV-2结构的一些研究都集中在S蛋白上。然而,上述所有蛋白质都是在实验室中通过重组表达系统工程化的,而不是从真实病毒中工程化的,因此仍然缺乏整个病毒体的结构。此外,由于可能传播的高风险,安全性是限制SARS-CoV-2病毒研究的主要因素之一,必须在3级(BSL-3)生物安全实验室中操作活病毒。
 
2020年3月5日,南方科技大学及深圳市第三人民医院的团队合作在预印版平台bioRxiv 在线发表未经同行评审的题为“Viral Architecture of SARS-CoV-2 with Post-Fusion Spike Revealed by Cryo-EM”的研究论文,报道了BSL-3实验室中SARS-CoV-2的成功分离和纯化,并通过透射电子显微镜(负染色和cryo-EM)揭示了SARS-CoV-2的整个病毒结构。 这是第一次通过冷冻-EM对近天然SARS-CoV-2(COVID-19的病原体)成像。该研究对于药物研发,病毒致病性,疫苗发展等奠定了基础。
 

 

2019年12月,在中国湖北省武汉市确认了一群原因不明的肺炎患者感染了一种新型冠状病毒,即2019-nCoV,这是以前在人类或动物中未发现的。流行病学证据提示大多数这些患者去过武汉当地的海鲜市场,并且从这些患者中获得的病毒的基因序列与蝙蝠中鉴定的高度相似。由于相似,该病毒随后被重命名为SARS-Cov-2,它是Sarbecovirus亚种(Beta-CoV谱系B)的成员。一些研究人员发现SARS-Cov-2对人类呼吸道受体具有很强的亲和力,这暗示了对全球公共健康的潜在威胁。

 

由于新病例的迅速增加,2019年冠状病毒病(COVID-19)很快引起了全球关注。新型冠状病毒感染被认为是从动物传播的,到2020年1月,怀疑最初受感染的患者是通过人与人之间的传播感染了该病毒。自2020年1月以来,covid- 19种病毒已经升级,该病毒已迅速传播到中国大部分地区和其他国家。截至2020年3月4日,中国报告了80270例确诊的COVID-19和2981例死亡人数。这些数字每天都会更新,而且预计还会进一步增加。此外,全球40多个国家/地区也出现了新的COVID-19 病例。结果,COVID-19给世界公共卫生带来了巨大挑战。

 

SARS-CoV-2负染电镜结构

 

冠状病毒是包膜的单链正链RNA病毒。在过去的几十年中,通过使用电子显微镜和X射线晶体学确定几种冠状病毒,已经提高了病毒体超分子结构的常识。冠状病毒具有球形或中等多形的病毒体。病毒体的直径范围是80 nm至120 nm。冠状病毒的核酸和核衣壳蛋白紧密包装在病毒体中。

 

病毒粒子的表面是从宿主细胞获得的脂质双层,其上有几个重要的结构蛋白,包括刺突(S)蛋白,包膜(E)蛋白和膜(M)蛋白。 S蛋白,包括S1亚基和S2亚基,被认为是冠状病毒中最重要的蛋白质。 S1亚基促进与宿主细胞的附着,而S2亚基则参与病毒与宿主膜的后续融合。最近考虑到SARS-CoV-2结构的一些研究都集中在S蛋白上。然而,上述所有蛋白质都是在实验室中通过重组表达系统工程化的,而不是从真实病毒中工程化的,因此仍然缺乏整个病毒体的结构。此外,由于可能传播的高风险,安全性是限制SARS-CoV-2病毒研究的主要因素之一,必须在3级(BSL-3)生物安全实验室中操作活病毒。 

 

SARS-CoV-2的Cryo-EM结果

 

在这里,研究人员报道了BSL-3实验室中SARS-CoV-2的成功分离和纯化,并通过透射电子显微镜(负染色和cryo-EM)揭示了SARS-CoV-2的整个病毒结构。 这是第一次通过冷冻-EM对近天然SARS-CoV-2(COVID-19的病原体)成像。

 

病毒体颗粒为大致球形或中等多边形,直径范围为80nm-160nm。 对于大多数病毒体,其外围是清晰界定的,并被脂质双层包裹,这在冷冻EM图像中可以清楚地看到。 在脂质双层的紧下方是SARS-CoV-2的核酸和核衣壳蛋白形成的浓缩物质。 尽管许多颗粒在纯化或失活过程中失去了Spikes,但20%-30%的病毒体在包膜周围仍然有Spikes。

 

Spike的宽度大约为7nm,整个Spike的长度约为23nm。冠状病毒的S蛋白由S1和S2亚基组成。当S1亚基解离时,S2经历构象变化,其自身从压缩形式延伸到指甲状。总而言之, cryo-EM首次揭示的这种状态可能为该新型冠状病毒的鉴定和相关临床研究提供重要信息。

 

 

参考消息:

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.03.02.972927v1

文章来源于“iNature”公众号

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