近日，德国科学家使用高分辨率成像和计算机辅助方法分析了新冠病毒的刺突结构，发现病毒表面的刺突可像栓在线上的气球一样运动，灵活地寻找与靶细胞对接的受体。该研究在研发有效疫苗的过程中有助于理解刺突蛋白的免疫学特性。相关成果发表在8月18日的《科学》杂志在线版中。
在与新冠病毒的斗争中，科学家们正在对疫苗和疗法进行深入研究。新冠病毒需要其表面的刺突才能穿透受体细胞。德国保罗·埃利希研究所与位于海德堡的欧洲分子生物学实验室（EMBL），以及位于法兰克福的马克斯·普朗克生物物理研究所的科学家一起合作，使用高分辨率成像和计算机辅助方法分析了新冠病毒刺突的结构。科学家们发现刺突拥有出乎意料的运动特性。
新冠病毒需要其表面的刺突蛋白与人体细胞表面的特定受体结合，并以此方式感染细胞。这些尖峰状的结构是新冠疫苗开发的中心，因为它们旨在作为抗原诱导人类免疫应答，从而保护人体不感染新冠肺炎。研究人员正在深入研究新冠病毒，尤其是其表面结构，以获取有关疫苗和用于治疗感染患者的有效药物的知识。这其中空间结构的知识非常重要，它对于渗透到靶细胞中的过程意义重大。
科学家们结合了最新的技术，例如冷冻电镜断层成像技术，子断层平均法和分子动力学模拟等，以几乎原子级别的分辨率对病毒的分子结构进行分析。科学家们从感染细胞的上清液中获取新冠病毒颗粒，然后借助EMBL的最新电子显微镜技术，绘制了266张冷冻断层图，显示了大约1000个不同的新冠病毒颗粒，每个病毒的表面平均分布着40个刺突。通过使用子图平均和图像处理，总共获取了近40000个刺突的重要结构信息。
研究发现了可用于疫苗开发的积极成果：刺突的球形或V形上部在自然条件下具有一种结构，该结构可被用于疫苗开发的重组蛋白很好地复制。但是，关于将球状部分固定在病毒表面上的茎的发现是全新的。此前人们对这种结构知之甚少。科学家们发现这部分结构非常灵活。在图像中，很少是直立的，而是向各个方向倾斜的。研究小组确定了茎部的四个不同区域，分别将其命名为“臀部”“膝盖”“脚踝”，最后是膜包埋的“脚”区域。研究人员结合分子动力学模拟和冷冻断层扫描技术，证明了这些部分可以执行弯曲运动。数据表明，包含受体结合区和与靶细胞融合所必需的刺突的球形部分与柔性茎相连。
保罗·埃利希研究所的雅克明·克里金斯·洛克教授介绍说：“病毒表面的刺突可以像栓在线上的气球一样运动，因此能够灵活地寻找与靶细胞对接的受体。”进一步的研究还表明，刺突的茎部具有许多聚糖链。这可以给茎干一种保护层，并使其免受中和抗体的侵害。现在可以在进一步的实验中弄清这一点，这将有助于理解刺突蛋白在研发有效疫苗过程中的免疫学特性。
