近日，德國科學家使用高分辨率成像和計算機輔助方法分析了新冠病毒的刺突結構，發現病毒表面的刺突可像栓在線上的氣球一樣運動，靈活地尋找與靶細胞對接的受體。該研究在研發有效疫苗的過程中有助于理解刺突蛋白的免疫學特性。相關成果發表在8月18日的《科學》雜志在線版中。

在與新冠病毒的斗爭中，科學家們正在對疫苗和療法進行深入研究。新冠病毒需要其表面的刺突才能穿透受體細胞。德國保羅·埃利希研究所與位于海德堡的歐洲分子生物學實驗室（EMBL），以及位于法蘭克福的馬克斯·普朗克生物物理研究所的科學家一起合作，使用高分辨率成像和計算機輔助方法分析了新冠病毒刺突的結構。科學家們發現刺突擁有出乎意料的運動特性。

新冠病毒需要其表面的刺突蛋白與人體細胞表面的特定受體結合，并以此方式感染細胞。這些尖峰狀的結構是新冠疫苗開發的中心，因為它們旨在作為抗原誘導人類免疫應答，從而保護人體不感染新冠肺炎。研究人員正在深入研究新冠病毒，尤其是其表面結構，以獲取有關疫苗和用于治療感染患者的有效藥物的知識。這其中空間結構的知識非常重要，它對于滲透到靶細胞中的過程意義重大。

科學家們結合了最新的技術，例如冷凍電鏡斷層成像技術，子斷層平均法和分子動力學模擬等，以幾乎原子級別的分辨率對病毒的分子結構進行分析。科學家們從感染細胞的上清液中獲取新冠病毒顆粒，然后借助EMBL的最新電子顯微鏡技術，繪制了266張冷凍斷層圖，顯示了大約1000個不同的新冠病毒顆粒，每個病毒的表面平均分布著40個刺突。通過使用子圖平均和圖像處理，總共獲取了近40000個刺突的重要結構信息。

研究發現了可用于疫苗開發的積極成果：刺突的球形或V形上部在自然條件下具有一種結構，該結構可被用于疫苗開發的重組蛋白很好地復制。但是，關于將球狀部分固定在病毒表面上的莖的發現是全新的。此前人們對這種結構知之甚少。科學家們發現這部分結構非常靈活。在圖像中，很少是直立的，而是向各個方向傾斜的。研究小組確定了莖部的四個不同區域，分別將其命名為“臀部”“膝蓋”“腳踝”，最后是膜包埋的“腳”區域。研究人員結合分子動力學模擬和冷凍斷層掃描技術，證明了這些部分可以執行彎曲運動。數據表明，包含受體結合區和與靶細胞融合所必需的刺突的球形部分與柔性莖相連。

保羅·埃利希研究所的雅克明·克里金斯·洛克教授介紹說：“病毒表面的刺突可以像栓在線上的氣球一樣運動，因此能夠靈活地尋找與靶細胞對接的受體。”進一步的研究還表明，刺突的莖部具有許多聚糖鏈。這可以給莖干一種保護層，并使其免受中和抗體的侵害。現在可以在進一步的實驗中弄清這一點，這將有助于理解刺突蛋白在研發有效疫苗過程中的免疫學特性。