【課堂】電鏡技術(shù) — 讓病毒無所遁形

更新時(shí)間：2020-03-16 點(diǎn)擊次數(shù)：2896次

2020年，似乎來得更艱難一點(diǎn)。從去年12月份開始，新冠肺炎疫情（COVID-19）就像龍卷風(fēng)一樣席卷中國乃至*，當(dāng)前已在100多個(gè)國家地區(qū)蔓延，病例數(shù)超10萬。新冠肺炎疫情構(gòu)成大流行的威脅“已經(jīng)變得非常真實(shí)”。

疫情防治防控關(guān)鍵階段，總理為什么特意去電鏡室？

2020年2月9日，總理赴中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所考察，通過透射電鏡觀察新冠病毒

疫情之下，奔跑在一線的有我們的白衣天使，也有爭(zhēng)分奪秒的科研人員。而在整個(gè)疫情的防控防治過程中，電鏡技術(shù)，讓病毒無所遁形。

負(fù)染色技術(shù)—鑒定病毒形態(tài)

為什么是冠狀病毒？

電鏡給了一個(gè)很重要的指標(biāo)：病毒形態(tài)。

1月6日，中國疾控中心通過對(duì)臨床患者分離毒株樣品進(jìn)行電鏡負(fù)染色，發(fā)現(xiàn)了病毒的存在，且形狀與冠狀病毒相似，直徑80-120nm，表面有皇冠一樣的突起，這就給我們一個(gè)很重要的方向指示。隨后，根據(jù)核酸序列比對(duì)以及其他鑒定方法，宣布新型冠狀病毒肺炎疫情爆發(fā)。

負(fù)染色技術(shù)可以鑒別病毒形態(tài)、純度和濃度。

負(fù)染技術(shù)流程簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快。一般幾分鐘就可以完成。

載網(wǎng)要求：

1、載網(wǎng)親水：商業(yè)化載網(wǎng)表面有油脂，懸液樣品鋪不開

2、碳膜載網(wǎng)：促進(jìn)樣品顆粒均勻分布

徠卡高真空鍍膜儀，一機(jī)兩用：鍍膜+輝光放電

EM ACE系列鍍膜儀

Leica EM ACE200

負(fù)染技術(shù)—徠卡解決方案

冷凍電鏡技術(shù)—指導(dǎo)藥物和疫苗設(shè)計(jì)

新冠病毒表面的S蛋白，是侵染宿主的關(guān)鍵蛋白，與SARS病毒S蛋白一樣，都將宿主細(xì)胞表面的“血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（ACE2）”作為侵入細(xì)胞的關(guān)鍵受體。了解S蛋白的結(jié)構(gòu)，弄清楚S蛋白與ACE2的作用方式，是藥物開發(fā)和疫苗設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

2月15日，德克薩斯大學(xué)*分校McLellan團(tuán)隊(duì)獲得了新冠病毒S蛋白三維結(jié)構(gòu)，分辨率達(dá)3.5埃，確定了該S蛋白是由S1和S2組成的三聚體。RBD是受體結(jié)合區(qū)域，存在多種構(gòu)象狀態(tài)。與SARS病毒S蛋白比較，兩者是不同的，但整體上仍具有較高的相似度。

隨后，作者又分別分析了兩個(gè)病毒S蛋白與ACE2的親和力，新冠病毒S蛋白與ACE2的KD（平衡解離常數(shù)）是14.7nM，SARS病毒S蛋白與ACE2的KD是324.8nM，KD越高，親和力越低，暗示著新冠病毒的傳染性要高于SARS病毒。

3月1日，華盛頓大學(xué)David Veesler團(tuán)隊(duì)根據(jù)S蛋白存在多種構(gòu)象，重構(gòu)了3.0埃的close構(gòu)象，以及3.3埃的打開單個(gè)SB區(qū)的三聚體。

結(jié)果表明，新冠病毒S胞外區(qū)表現(xiàn)為一個(gè)16nm長(zhǎng)的三聚體，三角形截面，與SARS病毒S蛋白非常相似。很多序列是保守的，設(shè)計(jì)針對(duì)這一結(jié)構(gòu)功能的抗體，可能會(huì)交叉反應(yīng)中和這兩種病毒以及其他相似的冠狀病毒。

同時(shí)還發(fā)現(xiàn)S1和S2邊界處存在四個(gè)氨基酸殘基插入，從而引入了新的蛋白酶切位點(diǎn)。這就可能會(huì)增強(qiáng)病毒的可傳播性，更加科學(xué)地解釋了新冠病毒傳染力強(qiáng)的問題。

2月19日，西湖大學(xué)周強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)獲得了ACE2的全長(zhǎng)三維結(jié)構(gòu)，同時(shí)解析了S蛋白R(shí)BD和ACE2的復(fù)合物三維結(jié)構(gòu)，看清楚了它們的相互作用方式，這一步正式揭開了新冠病毒入侵人體細(xì)胞的神秘面紗。

“S蛋白像一座橋橫跨在ACE2表面，又像病毒的一只手，緊緊抓住ACE2，打開細(xì)胞大門”。