新型冠狀病毒:結構簡單、成分簡單,但破壞力絕不簡單

2020-12-16 中國新聞網

　　(抗擊新型肺炎)新型冠狀病毒：結構簡單、成分簡單，但破壞力絕不簡單

　　中新網北京1月31日電 題：新型冠狀病毒：結構簡單、成分簡單，但破壞力絕不簡單

　　作者 趙靈羽(中國科學院上海巴斯德研究所)

　　2020年的春節，是個特殊的春節，各大公共場所停止營業，就連飯店和超市的顧客也比往常少了許多。而這些，都是由於2019年12月出現的一種病毒——2019新型冠狀病毒(2019-novel coronavirus，2019-nCoV)。

　　或許大家現在聽到「病毒」，已經不覺得陌生。但其實直到19世紀晚期，菸草花葉病毒引發的農業大災難，病毒這一微小的病原體才逐漸進入人類的視野。這些肉眼看不見的病毒，每時每刻都在影響著成千上萬人的生命。除卻人類健康，它們還在生物演化、環境變化等等方面影響著我們的生活，也影響著世間萬物，若將我們的世界說成是病毒包圍的世界，也毫不誇張。

菸草花葉病毒、腺病毒與噬菌體的結構(圖片來源：《生物學 八年級上冊》人民教育出版社) 中科院上海巴斯德所/供圖 

　　那麼病毒究竟是什麼，它長什麼樣子？2019新型冠狀病毒所屬的家庭——冠狀病毒的結構又是怎樣的呢？小小的病毒，為何有這麼大的「破壞力」？

　　不妨讓我們一探究竟。

　　最簡單的生命形式——病毒

　　流感病毒、愛滋病病毒、肝炎病毒、狂犬病病毒……病毒所引發的人體疾病目前大多還難以治癒，因此顯得非常「可怕」。但其實，它們簡直可以說是自然界中最簡單的生命形式。

　　病毒的組成成分往往非常簡單，最基本的構成便是遺傳物質(DNA與RNA)和蛋白質，有時也會存在糖類與脂質成分的修飾。

　　病毒的遺傳物質可以是DNA，也可以是RNA，同時又區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。不過無論是什麼DNA還是RNA，雙鏈還是單鏈，這些遺傳物質在病毒「傳宗接代」的過程中都起到了決定作用——遺傳物質指導了病毒蛋白質的合成，而這些蛋白質在病毒結構組成、增殖與傳播過程中都是必不可少的。

　　病毒的結構往往也很簡單，遺傳物質位於病毒的內部，組成病毒的核心(圖1)。而蛋白質則圍繞在遺傳物質的外側，形成衣殼，又稱為殼體。

　　如果我們在電子顯微鏡下觀察衣殼結構，可以看到它是由許多顆粒狀的單元結構整齊排列而成，這一粒粒組成衣殼的小粒子則稱為殼微粒(capsomere)。殼微粒的排列方式不同，使得病毒的衣殼存在不同形態的區分。

　　大多數病毒衣殼的形態可分為螺旋對稱(如菸草花葉病毒)與正二十面體對稱(如腺病毒)兩種，除此之外，有些病毒的衣殼兼具螺旋對稱與二十面體對稱的結構(如噬菌體)，這樣的結構被稱為複合型。

　　但需要注意的是，並不是所有的病毒的衣殼都可以被劃分為這三類。

　　而蛋白質組成的衣殼，不僅僅起到了保護病毒遺傳物質的作用，也參與了病毒的感染過程。

　　除去最基本的遺傳物質與蛋白質結構，稍複雜一些的病毒的外側還有著由脂質和糖蛋白組成的包膜。包膜的主要功能是維護病毒結構的完整性，並參與病毒入侵宿主細胞的過程。首先包膜上的糖蛋白識別並結合位於宿主細胞細胞膜上的受體，包膜與宿主細胞的細胞膜結合，隨後病毒衣殼與遺傳物質進入宿主細胞內，完成感染過程。

顯微鏡下的SARS冠狀病毒(圖片來源：www.cdc.gov) 中科院上海巴斯德所/供圖 

　　SARS和新型冠狀病毒都屬於這個大家族——冠狀病毒

　　2003年，一場由SARS病毒引起的疫情，使得「冠狀病毒」這個名詞逐漸走進了人們的視野。冠狀病毒因其在顯微鏡下能觀察到明顯的棒狀粒子凸起，形狀好似中世紀歐洲帝王的皇冠而得名。

　　1975年，病毒命名委員會正式命名了冠狀病毒科。根據病毒的血清學特點和核苷酸序列的差異，冠狀病毒科又分為冠狀病毒和環曲病毒兩個屬。而在2003年引起爆發性嚴重急性呼吸症候群(SARS)的病毒便屬於冠狀病毒科冠狀病毒屬。

　　冠狀病毒粒子形狀並不規則，直徑約60-220nm。病毒具有包膜結構，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)，少數種類還有血凝素糖蛋白(HE蛋白，Haemaglutinin－esterase)。

　　S蛋白在識別並結合宿主細胞表面受體，並介導病毒包膜與細胞膜融合的過程中起到關鍵性作用；M蛋白則參與了病毒包膜的形成與出芽過程；HE蛋白則是構成包膜的短凸起，可能與冠狀病毒早期吸附有關，某些冠狀病毒的HE蛋白可引起紅細胞的凝集以及對紅細胞的吸附。

　　冠狀病毒的核酸為正鏈單鏈RNA，其特點是可以以自身為模板，指導合成病毒相關蛋白質。病毒進入宿主細胞後，首先以病毒RNA為模板表達出RNA聚合酶，隨後RNA聚合酶完成負鏈RNA的轉錄合成、各種結構蛋白mRNA的合成，以及病毒基因組RNA的複製。

SARS冠狀病毒結構示意圖。　中科院上海巴斯德所/供圖 

　　結構簡單卻「破壞力」很大的2019新型冠狀病毒

　　初步了解了病毒的結構與冠狀病毒的結構之後，讓我們把目光放在最近為大家帶來很多困擾的新型冠狀病毒上。

　　不過想要說清楚這次出現的新型冠狀病毒，我們就不能跳過對SARS病毒的研究。

　　在那場突發的瘟疫災難結束後，科學家們仍沒有放棄對SARS病毒的研究。他們發現，SARS病毒是通過病毒包膜表面的S蛋白與人體的血管緊張素轉化酶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冠狀病毒進行比對，發現兩者十分相似。上面我們說到，冠狀病毒的S蛋白對於病毒識別與入侵有著關鍵的作用。於是科學家們對比了2019-nCoV的S蛋白與SARS冠狀病毒的S蛋白，再通過計算機建立模型，發現雖然相互作用的五個胺基酸中有四個都發生了突變，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]。

　　這就說明，新型冠狀病毒很有可能也是通過S蛋白與人ACEⅡ相互作用的分子機制完成感染。

計算機模型：病毒S蛋白與人ACEⅡ蛋白結合示意圖(圖片來源：http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCLS/doi/10.1007/s11427-020-1637-5?slug=abstract) 中科院上海巴斯德所/供圖 

　　目前對病毒更深入的研究仍在進行中，這些信息可以幫助我們更好地了解病毒，對指導公共衛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於病毒的知識，在面對疫情的時候，能夠冷靜理智對待，不恐慌、不輕視。最後，讓我們向第一線的醫護人員和科研人員致敬，提醒家人朋友注意防護，願疫情早日解除。(完)

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