2月3日，《中國科學報》獲悉，為共同抗擊疫情，“上海光源”特別開通“新型冠狀病毒研究專項課題”綠色通道，并于2月2日提前開機，助力科學家深入了解新冠病毒微觀結(jié)構(gòu)、打開新冠病毒感染人體的“黑匣子”。
記者2月2日在上海同步輻射光源官網(wǎng)“用戶開放—運行實時狀態(tài)”一欄也看到，BL17U1、BL19U1、BL19U2等線站均處于“Open”狀態(tài)。
“上海光源”是目前全球性能最好的第三代中能同步輻射光源之一。它像一臺超級顯微鏡，幫助生物學家破解著一個個“蛋白質(zhì)之謎”。
疫情當前，解析病毒關(guān)鍵蛋白的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要——受訪專家告訴《中國科學報》，開發(fā)阻斷病毒入侵的藥物、找到新冠病毒可能的中間宿主、指導(dǎo)新冠病毒疫苗的研發(fā)等與疫情防控相關(guān)的重大發(fā)現(xiàn)，都將與這項工作密不可分。
受訪專家：
*兩位受訪專家目前正利用上海光源開展新型冠狀病毒蛋白結(jié)構(gòu)解析工作。為盡快取得成果，在連線中施一表示，自1月初第一株新冠病毒基因組序列發(fā)布，他們就開始了這項工作，“春節(jié)也沒有休息”。
結(jié)構(gòu)解析關(guān)注三環(huán)節(jié)
?《中國科學報》：利用上海同步輻射光源，如何解析蛋白結(jié)構(gòu)？
● 齊建勛：
首先需要目標蛋白形成蛋白晶體，蛋白晶體在同步輻射X-光照射下發(fā)生衍射。獲得衍射數(shù)據(jù)以后，我們再用專門的軟件去解析蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。如果數(shù)據(jù)質(zhì)量好的話，就可以得到它的三維結(jié)構(gòu)。
?《中國科學報》：我們需要解析新冠病毒哪些蛋白的結(jié)構(gòu)？
● 施一：
上海光源提供同步輻射光源大科學裝置利器來幫助解析新型冠狀病毒關(guān)鍵蛋白的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，將推動我們對新型冠狀病毒的深入認識。
新冠病毒的基因組大概有30kb，大概3萬個堿基。病毒不同的蛋白質(zhì)在感染過程中會執(zhí)行不同功能。但在病毒感染宿主細胞時，一般分為3個環(huán)節(jié)：入侵、病毒基因組的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄、組裝。
其中，入侵指的是，病毒進入宿主細胞；之后，病毒在宿主進行基因組的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄形成的mRNA會利用宿主細胞的蛋白表達系統(tǒng)去生產(chǎn)病毒蛋白；其后新合成的病毒蛋白和復(fù)制出來的病毒基因組進一步發(fā)生組裝，形成新的病毒粒子，分泌出去后再去感染新的宿主細胞。
我們團隊主要針對病毒感染這三個環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵蛋白，進行解析。
努力讓新冠病毒“現(xiàn)原形”
?《中國科學報》：在病毒入侵環(huán)節(jié)，你們主要解析哪些（個）蛋白的結(jié)構(gòu)？
● 齊建勛：
我們知道這個新病毒是冠狀病毒，病毒顆粒表面的刺突就是蛋白質(zhì)形成的，這個刺突蛋白（又名S蛋白）會結(jié)合宿主表面的受體分子，介導(dǎo)病毒的入侵。我們現(xiàn)在就想要了解S蛋白是如何與受體分子結(jié)合的。
知道了這一點，我們就能了解病毒的入侵機制，基于此就能去開發(fā)一些阻斷病毒入侵的抗體或抑制劑，這對于指導(dǎo)疫苗的研制也非常重要。
除此之外，我們現(xiàn)在還不清楚新冠病毒的中間宿主有哪些動物。哪些動物會傳播這種病毒？
搞清楚中間宿主很重要。
我們現(xiàn)在的一個想法是，無論病毒利用哪種動物作為中間宿主，它都要首先通過S蛋白與受體分子的結(jié)合，我們就想研究S蛋白與不同動物來源的受體分子是否結(jié)合：如果能結(jié)合，說明這種動物也有可能會被新冠病毒所感染。
?《中國科學報》：來證明這種動物可能是新冠病毒的中間宿主之一。
● 施一：
是的，我們可以進一步在這些動物身上檢測是否攜帶新冠病毒，然后再進一步確認。
?《中國科學報》：在病毒進入細胞后的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄環(huán)節(jié)，你們主要解析哪些（個）蛋白的結(jié)構(gòu)？
● 施一：
這個環(huán)節(jié)是一個由多個蛋白質(zhì)組成的復(fù)合體介導(dǎo)進行的過程。我們發(fā)現(xiàn)，新冠病毒轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)合體的這些蛋白亞基的氨基酸組成序列，跟SARS病毒的相似性比較高，有90%以上的相似性。
?《中國科學報》：這個相似度有什么指導(dǎo)意義？
● 施一：
第一個層面，如果它有較高保守性的話，有助于我們研究針對冠狀病毒的廣譜性靶向藥物。
比如我們可以針對聚合酶，基于它的結(jié)構(gòu)做一些藥物的虛擬篩選，這可以幫助我們找到有潛力抑制轉(zhuǎn)錄復(fù)制過程的化合物分子，通過進一步評價來找到一些可用的老藥或開展新藥研發(fā)。
?《中國科學報》：蔣華良院士和饒子和院士領(lǐng)銜的中科院上海藥物研究所和上�？萍即髮W聯(lián)合應(yīng)急攻關(guān)團隊，此前找到的30種可能對新冠病毒有治療作用的藥物，是否就是基于這個方法？
● 施一：
正是，他們靶向的是病毒蛋白水解酶。
我們也開展了相應(yīng)工作，靶向的是病毒聚合酶（及其復(fù)制相關(guān)蛋白）。這個聚合酶（及其復(fù)制相關(guān)蛋白）跟病毒的轉(zhuǎn)錄、復(fù)制有關(guān)系。
我們通過虛擬篩選，也篩到了一些有潛力的化合物分子，現(xiàn)在正在進行活性評價——看看它們是否如我們預(yù)測的那樣有抗病毒活性。
此外，我們也在實驗室進行藥物靶標的驗證，看它是是否能具有對病毒復(fù)制轉(zhuǎn)錄的抑制活性。
這個工作（如有突破）除了幫助發(fā)現(xiàn)一些老藥之外，也有助于新藥物的研發(fā)。
?《中國科學報》：在這個環(huán)節(jié)還有哪些重要的工作？
● 施一：
有的。盡管新冠病毒與SARS病毒有比較高的相似性，但二者在氨基酸層面還有些差別，這也使得二者在傳播特性和致病病理上有所不同，比如新冠病毒潛伏期更長、致死率更低。
這涉及病毒與宿主的相互作用，因此我們希望比較一下新冠病毒在入侵和復(fù)制、轉(zhuǎn)錄的特性上與SARS病毒有什么差異，通過結(jié)構(gòu)解析能否給出一些解釋，更加清晰地了解其致病機制。
?《中國科學報》：在病毒在宿主細胞內(nèi)的組裝環(huán)節(jié)，你們主要解析哪些（個）蛋白的結(jié)構(gòu)？
● 齊建勛：
病毒在組裝之前，其基因組會被一種稱之為N蛋白的蛋白包裹、保護起來，之后再進行組裝。我們現(xiàn)在也在研究N蛋白的結(jié)構(gòu)，看它是如何幫助病毒組裝的。
?《中國科學報》：這部分研究預(yù)計有哪些收獲？
● 施一：
第一，當人被感染的時候，其體內(nèi)或血液中會產(chǎn)生抗N蛋白的抗體，我們基于此在做一些檢測試劑的研發(fā)，通過檢測體內(nèi)是否含有抗N蛋白抗體，來開發(fā)成可實現(xiàn)快速檢測的試紙條。
第二，除了用于檢測之外，N蛋白是幫助病毒粒子組裝非常重要的一個蛋白質(zhì)，只要我們了解了它的工作機制，將來就能夠針對這個結(jié)構(gòu)去開發(fā)一些抗病毒的藥物等等。
“我們盡可能往前趕”
?《中國科學報》：你剛才說光源衍射數(shù)據(jù)好不好，主要取決于蛋白晶體。現(xiàn)在你們已經(jīng)有哪些晶體？
● 齊建勛：
我們現(xiàn)在已經(jīng)有了N蛋白的蛋白晶體；涉及入侵的S蛋白及受體復(fù)合物，我們已經(jīng)點了晶體，還要觀察一下晶體是否長了出來。
?《中國科學報》：在你們這一系列工作中，有沒有一些馬上可投入臨床應(yīng)用的成果？
● 施一：
我們針對N蛋白的檢測試紙條，已經(jīng)做了產(chǎn)品，現(xiàn)在正在做臨床驗證，主要驗證其靈敏度是不是符合預(yù)期，目前還沒有拿到結(jié)果——我們希望多做一些臨床驗證。
?《中國科學報》：有人可能會質(zhì)疑，為什么現(xiàn)在才開動上海光源，做病毒蛋白結(jié)構(gòu)的解析？
● 施一：
首先，上海光源是一個大的系統(tǒng)工程，要產(chǎn)生高質(zhì)量的X-射線需要加速器、存儲環(huán)和實驗線站的協(xié)同調(diào)試。
其次，同步輻射光源的運行有自身的周期性，全球北半球的同步輻射光源每年冬季和夏季都有兩次關(guān)機，進行系統(tǒng)維護以保證開機時間能輸出穩(wěn)定、單色性好以及高亮度的X-射線。
現(xiàn)在正好是關(guān)機維護的時期，重新開啟需要硬件調(diào)試及人員的協(xié)調(diào)。也正是為了應(yīng)對新冠病毒，上海同步輻射光源才在關(guān)機維護時期又重新開光的。
此外，蛋白晶體的準備也有自身周期性，中間涉及到基因合成、蛋白質(zhì)表達等環(huán)節(jié)。我們春節(jié)也沒有休息，無論怎么樣，已經(jīng)盡可能往前趕。
?《中國科學報》：上海光源這次開機只開三天，你覺得時間夠不夠用？
● 齊建勛：
科學實驗有自身的內(nèi)在規(guī)律，需要摸索。這次實驗?zāi)芊袷占胶玫臄?shù)據(jù)，取決于晶體的質(zhì)量。其實上機衍射收集數(shù)據(jù)很快，我們也希望一次到位。
?《中國科學報》：如果你們這次沒法完成全部解析，后續(xù)還能再通過“綠色通道”開機嗎？
● 齊建勛：
這個可能需要和上海光源再行協(xié)商。
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