北京1月31日電 題：新型冠狀病毒：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成分簡(jiǎn)單，但破壞力絕不簡(jiǎn)單
作者 趙靈羽(中國(guó)科學(xué)院上海巴斯德研究所)
2020年的春節(jié)，是個(gè)特殊的春節(jié)，各大公共場(chǎng)所停止?fàn)I業(yè)，就連飯店和超市的顧客也比往常少了許多。而這些，都是由于2019年12月出現(xiàn)的一種病毒——2019新型冠狀病毒(2019-novel coronavirus，2019-nCoV)。
或許大家現(xiàn)在聽(tīng)到“病毒”，已經(jīng)不覺(jué)得陌生。但其實(shí)直到19世紀(jì)晚期，煙草花葉病毒引發(fā)的農(nóng)業(yè)大災(zāi)難，病毒這一微小的病原體才逐漸進(jìn)入人類(lèi)的視野。這些肉眼看不見(jiàn)的病毒，每時(shí)每刻都在影響著成千上萬(wàn)人的生命。除卻人類(lèi)健康，它們還在生物演化、環(huán)境變化等等方面影響著我們的生活，也影響著世間萬(wàn)物，若將我們的世界說(shuō)成是病毒包圍的世界，也毫不夸張。
煙草花葉病毒、腺病毒與噬菌體的結(jié)構(gòu)(圖片來(lái)源：《生物學(xué) 八年級(jí)上冊(cè)》人民教育出版社) 中科院上海巴斯德所/供圖那么病毒究竟是什么，它長(zhǎng)什么樣子？2019新型冠狀病毒所屬的家庭——冠狀病毒的結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢？小小的病毒，為何有這么大的“破壞力”？
不妨讓我們一探究竟。
最簡(jiǎn)單的生命形式——病毒
流感病毒、艾滋病病毒、肝炎病毒、狂犬病病毒……病毒所引發(fā)的人體疾病目前大多還難以治愈，因此顯得非常“可怕”。但其實(shí)，它們簡(jiǎn)直可以說(shuō)是自然界中最簡(jiǎn)單的生命形式。
病毒的組成成分往往非常簡(jiǎn)單，最基本的構(gòu)成便是遺傳物質(zhì)(DNA與RNA)和蛋白質(zhì)，有時(shí)也會(huì)存在糖類(lèi)與脂質(zhì)成分的修飾。
病毒的遺傳物質(zhì)可以是DNA，也可以是RNA，同時(shí)又區(qū)分為一條鏈與兩條鏈，即分為單鏈DNA、雙鏈DNA、單鏈RNA與雙鏈RNA四種。不過(guò)無(wú)論是什么DNA還是RNA，雙鏈還是單鏈，這些遺傳物質(zhì)在病毒“傳宗接代”的過(guò)程中都起到了決定作用——遺傳物質(zhì)指導(dǎo)了病毒蛋白質(zhì)的合成，而這些蛋白質(zhì)在病毒結(jié)構(gòu)組成、增殖與傳播過(guò)程中都是必不可少的。
病毒的結(jié)構(gòu)往往也很簡(jiǎn)單，遺傳物質(zhì)位于病毒的內(nèi)部，組成病毒的核心(圖1)。而蛋白質(zhì)則圍繞在遺傳物質(zhì)的外側(cè)，形成衣殼，又稱(chēng)為殼體。
如果我們?cè)陔娮语@微鏡下觀察衣殼結(jié)構(gòu)，可以看到它是由許多顆粒狀的單元結(jié)構(gòu)整齊排列而成，這一粒粒組成衣殼的小粒子則稱(chēng)為殼微粒(capsomere)。殼微粒的排列方式不同，使得病毒的衣殼存在不同形態(tài)的區(qū)分。
大多數(shù)病毒衣殼的形態(tài)可分為螺旋對(duì)稱(chēng)(如煙草花葉病毒)與正二十面體對(duì)稱(chēng)(如腺病毒)兩種，除此之外，有些病毒的衣殼兼具螺旋對(duì)稱(chēng)與二十面體對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)(如噬菌體)，這樣的結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為復(fù)合型。
但需要注意的是，并不是所有的病毒的衣殼都可以被劃分為這三類(lèi)。
而蛋白質(zhì)組成的衣殼，不僅僅起到了保護(hù)病毒遺傳物質(zhì)的作用，也參與了病毒的感染過(guò)程。
除去最基本的遺傳物質(zhì)與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，稍復(fù)雜一些的病毒的外側(cè)還有著由脂質(zhì)和糖蛋白組成的包膜。包膜的主要功能是維護(hù)病毒結(jié)構(gòu)的完整性，并參與病毒入侵宿主細(xì)胞的過(guò)程。首先包膜上的糖蛋白識(shí)別并結(jié)合位于宿主細(xì)胞細(xì)胞膜上的受體，包膜與宿主細(xì)胞的細(xì)胞膜結(jié)合，隨后病毒衣殼與遺傳物質(zhì)進(jìn)入宿主細(xì)胞內(nèi)，完成感染過(guò)程。
顯微鏡下的SARS冠狀病毒(圖片來(lái)源：cdc.gov) 中科院上海巴斯德所/供圖SARS和新型冠狀病毒都屬于這個(gè)大家族——冠狀病毒
2003年，一場(chǎng)由SARS病毒引起的疫情，使得“冠狀病毒”這個(gè)名詞逐漸走進(jìn)了人們的視野。冠狀病毒因其在顯微鏡下能觀察到明顯的棒狀粒子凸起，形狀好似中世紀(jì)歐洲帝王的皇冠而得名。
1975年，病毒命名委員會(huì)正式命名了冠狀病毒科。根據(jù)病毒的血清學(xué)特點(diǎn)和核苷酸序列的差異，冠狀病毒科又分為冠狀病毒和環(huán)曲病毒兩個(gè)屬。而在2003年引起爆發(fā)性嚴(yán)重急性呼吸綜合征(SARS)的病毒便屬于冠狀病毒科冠狀病毒屬。
冠狀病毒粒子形狀并不規(guī)則，直徑約60-220nm。病毒具有包膜結(jié)構(gòu)，上面有三種蛋白：刺突糖蛋白(S，Spike Protein)、小包膜糖蛋白(E，Envelope Protein)和膜糖蛋白(M，Membrane Protein)，少數(shù)種類(lèi)還有血凝素糖蛋白(HE蛋白，Haemaglutinin－esterase)。
S蛋白在識(shí)別并結(jié)合宿主細(xì)胞表面受體，并介導(dǎo)病毒包膜與細(xì)胞膜融合的過(guò)程中起到關(guān)鍵性作用；M蛋白則參與了病毒包膜的形成與出芽過(guò)程；HE蛋白則是構(gòu)成包膜的短凸起，可能與冠狀病毒早期吸附有關(guān)，某些冠狀病毒的HE蛋白可引起紅細(xì)胞的凝集以及對(duì)紅細(xì)胞的吸附。
冠狀病毒的核酸為正鏈單鏈RNA，其特點(diǎn)是可以以自身為模板，指導(dǎo)合成病毒相關(guān)蛋白質(zhì)。病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后，首先以病毒RNA為模板表達(dá)出RNA聚合酶，隨后RNA聚合酶完成負(fù)鏈RNA的轉(zhuǎn)錄合成、各種結(jié)構(gòu)蛋白mRNA的合成，以及病毒基因組RNA的復(fù)制。
SARS冠狀病毒結(jié)構(gòu)示意圖。 中科院上海巴斯德所/供圖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單卻“破壞力”很大的2019新型冠狀病毒
初步了解了病毒的結(jié)構(gòu)與冠狀病毒的結(jié)構(gòu)之后，讓我們把目光放在最近為大家?guī)?lái)很多困擾的新型冠狀病毒上。
不過(guò)想要說(shuō)清楚這次出現(xiàn)的新型冠狀病毒，我們就不能跳過(guò)對(duì)SARS病毒的研究。
在那場(chǎng)突發(fā)的瘟疫災(zāi)難結(jié)束后，科學(xué)家們?nèi)詻](méi)有放棄對(duì)SARS病毒的研究。他們發(fā)現(xiàn)，SARS病毒是通過(guò)病毒包膜表面的S蛋白與人體的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶Ⅱ(ACEⅡ)相互作用而入侵人體[1]。
而科研人員將新型冠狀病毒的序列與SARS冠狀病毒進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)兩者十分相似。上面我們說(shuō)到，冠狀病毒的S蛋白對(duì)于病毒識(shí)別與入侵有著關(guān)鍵的作用。于是科學(xué)家們對(duì)比了2019-nCoV的S蛋白與SARS冠狀病毒的S蛋白，再通過(guò)計(jì)算機(jī)建立模型，發(fā)現(xiàn)雖然相互作用的五個(gè)氨基酸中有四個(gè)都發(fā)生了突變，但是新型冠狀病毒的S蛋白與人體的ACEⅡ蛋白整體上依舊存在相互作用的可能[2]。
這就說(shuō)明，新型冠狀病毒很有可能也是通過(guò)S蛋白與人ACEⅡ相互作用的分子機(jī)制完成感染。
計(jì)算機(jī)模型：病毒S蛋白與人ACEⅡ蛋白結(jié)合示意圖(圖片來(lái)源：engine.scichina/publisher/scp/journal/SCLS/doi/10.1007/s11427-020-1637-5?slug=abstract) 中科院上海巴斯德所/供圖目前對(duì)病毒更深入的研究仍在進(jìn)行中，這些信息可以幫助我們更好地了解病毒，對(duì)指導(dǎo)公共衛(wèi)生安全策略也有著不可忽視的作用。
希望這篇文章可以幫助你了解到更多關(guān)于病毒的知識(shí)，在面對(duì)疫情的時(shí)候，能夠冷靜理智對(duì)待，不恐慌、不輕視。最后，讓我們向第一線的醫(yī)護(hù)人員和科研人員致敬，提醒家人朋友注意防護(hù)，愿疫情早日解除。(完)
