美国国家过敏与传染病研究所（NIAID）2月13日在网站公布了新冠病毒在电子显微镜下的一组图像。

扫描显微镜图像：橙色的部分就是引发新冠肺炎的冠状病毒。图/NIAID-RML

病毒是微小的感染性斑点，由包裹在蛋白质外壳中的DNA或RNA组成。它们太小，无法通过一般的光学显微镜看到。NIAID通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜获取新冠病毒的基本图像，然后机构中的视觉医学艺术办公室再对图像进行电子化上色。

透射显微镜图像：暗黑色圆形物的为新冠病毒。图/NIAID-RML

NIAID表示，新冠病毒的图像看起来和2012年暴发的MERS病毒以及2002年出现的SARS病毒很相似，这并不奇怪，因为这类病毒表面的突起物让其拥有了「冠状（corona）」的名称，是「王冠（crown）」的拉丁文，所以，所有冠状病毒基本都有这样的形态特点。（新京报）

比较病毒「颜值」的「特别之处」，我们先从正常病毒长啥样谈起。

好奇的知友如果等不急可以翻到最后先看结果。

| 病毒粒子的样子

病毒的形态很多，主要有：球形、杆形、蝌蚪形。它们家族庞大，成员众多，模样也是千差万别。同时他们也极其微小——在一粒沙子的边缘上，最多能站得下几万个病毒。

从上图看起来，很多病毒粒子结构会存在符合人类美学标准的「平衡感」。

但有平衡感的东西也可能很吓人。比如：

-狂犬病毒

图源：Dreamstime.com

-T2噬菌体病毒：

图源：百度百科

下图是设计师制作的「病毒冰棍」，敢下嘴的都是吃货大神：

图源：百度图片

事实上病毒的组成成分非常简单，它就像一颗「鱼皮花生豆」，一层外壳，包裹著一颗「心」。这颗「心」里，藏著它的遗传物质。它最基本的构成便是遗传物质（DNA与RNA）和蛋白质，有时也会存在糖类与脂质成分的修饰。

病毒的结构（图片来源：www.khanacademy.org）

遗传物质位于病毒的内部，组成病毒的核心。而蛋白质则围绕在遗传物质的外侧，形成衣壳，又称为壳体。

如果我们在电子显微镜下观察衣壳结构，可以看到它是由许多颗粒状的单元结构整齐排列而成，这一粒粒组成衣壳的小粒子则称为壳微粒（capsomere）。

壳微粒的排列方式不同，使得病毒的衣壳有了形形色色的形态。

大多数病毒衣壳的形态可分为螺旋对称（如烟草花叶病毒）与正二十面体对称（如腺病毒）两种，除此之外，有些病毒的衣壳兼具螺旋对称与二十面体对称的结构（如噬菌体），这样的结构被称为复合型。[1]

病毒家族可谓是充满了一种暴力美学。有人认为恶心，有人却从中发现了艺术。

天花病毒放大倍率2.85万倍。照片中，黄色为蛋白质，红色为DNA。使用显微镜拍完照片后，数字艺术家为照片添加颜色，像一幅油画作品。

下面是更强大的病毒作品：一名华盛顿大学一年级的生物学博士生Eleanor制作了一套以渲染后的精美病毒为主题的收藏卡，这四张卡分别表述了让人闻风丧胆的四大致命病毒的分子结构。[2]

HPV 16型病毒 图源：https://www.sohu.com/a/70403743_198225

| 冠状病毒粒子

看过病毒家族的各类长相，冠状病毒看起来算是颜值很不错的一种。

接下来我们看看冠状病毒长啥样：

因为冠状病毒在显微镜下能观察到明显的棒状粒子凸起，形状很像中世纪欧洲帝王的皇冠而得名。

下图可以看到，相对与形状多样的各类病毒，冠状病毒呈现出更强一些的平衡感。看起来相对均匀的球体，表面有一圈类似棒棒糖的凸起（这些凸起正是进入宿主细胞的「钥匙」）。

每种病毒都需要携带一把特殊的「钥匙」识别细胞表面特定的受体结合形成稳定的复合物，再通过内吞或胞饮等途径才能进入宿主细胞。

这些分布于病毒上的「钥匙」，让冠状病毒看起来非常具有平衡感。

来，我们把镜头进一步放大，可以发现这些突起是由冠状病毒编码的一种像钉子似的刺突蛋白（spike protein）三聚体组合形成，垂直分布于病毒的表面，这个三聚化的刺突蛋白对病毒的入侵极为重要[3]。

冠状病毒电子显微镜照片 （来源：www.en.wikipedia.org，维基百科）

冠状病毒粒子形状并不规则，直径约60-220nm。病毒具有包膜结构，上面有三种蛋白：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），少数种类还有血凝素糖蛋白（HE蛋白，Haemaglutinin－esterase）[4]。

从病毒分类上看，冠状病毒隶属於单节段正链RNA病毒，这个名字听起来比较拗口，让我们来做几个名词拆解吧：

「RNA病毒」说明冠状病毒的遗传信息由RNA（Ribonucleic acid，核糖核酸）来承载。以RNA为遗传物质的病毒，在复制子代病毒时发生突变的概率要显著高于以DNA（Deoxyribonucleic acid，脱氧核糖核酸）为遗传物质的生命体；「单节段」指的是冠状病毒的基因组只由一条RNA链组成，在这条链上编码了十余种功能各异的病毒蛋白所需的遗传信息；「正链」意味著冠状病毒在进入宿主细胞之后，无需经过基因组的转录过程，就可以直接利用宿主的核糖体来生产病毒复制所需的蛋白质。[3]

| 新型冠状病毒

先上图——美国疾病控制中心（CDC）创造出了一个可视化新冠病毒立体模型，结合了新冠病毒在显微镜下的形态以及日食的图像。

继承了冠状病毒的家族特性，新型冠状病毒通过突起的「钥匙」接触到人类细胞表面，与「血管紧张素转化酶2（以下简称ACE2蛋白)」作用钻入细胞内部，复制出更多的病毒RNA侵占人体肺部。ACE2蛋白主要在肺部组织表达，在调节血压和体液代谢中发挥著至关重要的作用。

如果觉得新冠病毒「长得还行」，那么，来看一下下面这张很可能没被美颜滤镜PS过的「买家秀」：

2020年2月4日，著名的世界顶级医学杂志《柳叶刀》（The Lancet）公布了新型冠状肺炎病毒2019-nCoV的彩色照片，被认为是最贴近于病毒原型的图片[5]，如下图。

图片来源：《柳叶刀》(The Lancet)杂志

这张照片是经过渲染的伪彩色照片，照片中的新型冠状病毒呈粉红色，表面布满了冠状的令人恶心的吸盘，仿佛是塑料吸盘一般，看上去有种浑身起起皮疙瘩的感觉[5]。

嗯，我发现了你一脸嫌弃的表情！

是的，它表面肉粉粉的，再加上它的吸盘结构......是不是想起某种海洋生物？比如下面的：

章鱼的智商其实很高 图源：http://www.sohu.com/a/208777281_545598

新冠病毒的这些吸盘结构很容易与人的粘膜接触而吸附，进而穿入细胞内，然后脱壳，进行一系列RNA的转录，复制，最后组装成熟而释放出来，再继续感染其他细胞。如图：

图源：百度图片

而作为RNA病毒，新型冠状病毒最大的特点就是：进化快。这使得其变异速度很快，且不利于设计疫苗。

科研人员将新型冠状病毒的序列与SARS冠状病毒进行比对，发现两者十分相似。

冠状病毒的S蛋白对于病毒识别与入侵有著关键的作用。科学家们对比了2019-nCoV的S蛋白与SARS冠状病毒的S蛋白，再通过计算机建立模型，发现虽然相互作用的五个氨基酸中有四个都发生了突变，但是新型冠状病毒的S蛋白与人体的ACEⅡ蛋白整体上依旧存在相互作用的可能[1]。

这就说明，新型冠状病毒很有可能也是通过S蛋白与人ACEⅡ相互作用的分子机制完成感染。

简单总结一下2019-nCoV的特点：

1. RNA单链病毒，变异更快，容易耐药，属于彪悍异常，不服就干类型；

2. 这次病毒特殊的nsp14外切酶（nsp14-ExoN）结构使得病毒对许多核苷类似物（如利巴韦林）容易耐药；

3. 病毒的结构蛋白：S蛋白、M蛋白、E蛋白、N蛋白和其他关键酶，相关特异性强的药物研发难度非常大。[6]

来源：NATURE REVIEWS MICROBIOLOGY

2019-nCoV属于β属新型冠状病毒，总共有近29000个核苷酸碱基，由这些碱基保存繁殖遗传指令，是以RNA形式存在的病毒之一。

香港大学的团队最近也公布了新冠病毒图像，港大病理学临床教授约翰 · 尼科尔斯（John Nicholls）表示，每一个受感染的细胞都会产生数千个新的传染性病毒颗粒，这些颗粒会继续感染新的细胞。

香港大学在推特发布的新冠病毒图像

研究发现2019-nCoV病毒序列与蝙蝠冠状病毒非常相似，整体基因组序列一致性为96.2%，与SARS冠状病毒存在79.5%的序列同源性。

到目前为止，已分析的2019-nCoV序列彼此之间最多有7个核苷酸的差异，这表明它是最近才进入人类体内的。最近华南农业大学发现穿山甲或为中间宿主。

说到这里，我们回过头来看这个问题：新冠病毒长得有什么特别之处吗？

答案是：没有。它的样子和各类冠状病毒粒子的样子非常相似，但个性会更加「厚黑」一些。

义大利托马斯·阿奎那对美的定义。认为「美有三个要素。第一是一种完整或完美，凡是不完整的东西就是丑的；第二是适当的比例或和谐；第三是鲜明，鲜明的东西是公认为美的」。[7]

从美学的角度看，或许新冠病毒确实某种程度上符合数学中平衡的美感，但上面的图像也显示了它的「恶心」之处。特别是因为它本身对人类造成的致命伤害，我们无论如何也难以接受它的「长得特别」。

美国美国疾控中心（CDC）辛西娅 · 戈德史密斯负责将各种病毒视觉化。她曾说：" 我不会去思考疾病本身，只关注病毒的样子，当我把病毒视觉化之后，总觉得有点对不起感染者。"

所以，我们与其分析病毒「长得有什么特点」，不如说来探寻病毒由表及里的内在真相，最终战胜它们。

参考

  1. ^ab赵灵宇，科普中国（监制：中国科学院计算机网路信息中心），一文看懂结构简单、成分简单，但破坏力绝不简单的新型冠状病毒 http://blog.sina.com.cn/s/blog_16c04d8910102z7vz.html
  2. ^3D列印在线，生物博士用可3D列印病毒模型制作精美收藏卡  https://www.sohu.com/a/70403743_198225
  3. ^ab郭宇，中国生物物理学会，澎湃新闻·澎湃号·政务，【科普课堂】从病毒学的视角聊聊新型冠状病毒 https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_5950221
  4. ^中国科学院，石墨烯联盟，新型冠状病毒：结构简单、成分简单，但破坏力绝不简单  http://www.sohu.com/a/370568639_445086
  5. ^ab快科技，《柳叶刀》公布新型冠状病毒彩照：艳丽、狰狞（2月4日） https://m.mydrivers.com/newsview/670271.html
  6. ^司铁，医学论坛网，武汉冠状病毒面面观 http://respir.cmt.com.cn/detail/1407802.html
  7. ^邱明正，朱立元主编．美学小辞典 增订本：上海辞书出版社，2007.4：第208页 https://baike.baidu.com/item/%E7%BE%8E%E7%9A%84%E4%B8%89%E8%A6%81%E7%B4%A0/22640084?fr=aladdin

没有。

冠状病毒都长这样。

这组图片不过是在序列实锤的基础上从结构实锤它就是冠状病毒无疑。

新型冠状病毒引发疾病的机制与其他的冠状病毒科相似，但传染性更强。同时，冠状病毒的刺突糖蛋白（Spike glycoprotein, S glycoprotein）是疫苗、治疗性抗体的研发以及临床诊断的关键靶点，对新型冠状病毒中刺突蛋白的近原子电镜结构解析有望加快疫苗研制。

2020年2月3日，上海公共卫生临床中心、复旦大学公共卫生学院张永振教授团队和中科院武汉病毒研究所石正丽教授团队分别在Nature上发表文章A new coronavirus associated with human respiratory disease in China和A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin，报道了此次武汉新型冠状病毒。

这篇文章确定了新型冠状病毒的基因组（注：张永振教授是第一位公布该病毒序列的科研工作者，1月10日公布序列，病毒完整基因组已存入GenBank，登记号为MN908947）。

而石正丽团队的这篇文章，发现七个被鉴定和测序出的非结构性蛋白也存在于SARS冠状病毒中，表明该病毒是一种与SARS相关的冠状病毒，将其命名为新型冠状病毒2019（2019-nCoV）。此外，确认了2019-nCoV进入细胞的路径与SARS冠状病毒一样，即通过ACE2细胞受体。

冠状病毒主要通过S蛋白上的受体结合结构域与细胞受体特异性结合，结合后，诱导S蛋白构象发生改变，介导病毒包膜与细胞膜发生融合，使病毒核衣壳进入细胞内进行后续病毒的复制。

为了协助对该流行性疾病进行医学防护措施研发，2020年2月15日，美国卫生总署(NIH)与德克萨斯大学奥斯汀分校Jason S. McLellan研究组（McLellan组在病毒结构方面做了很多重要的工作，包括MERS等，有著丰富的经验）进行合作在预印版平台bioRxiv发表文章Cryo-EM Structure of the 2019-nCoV Spike in the Prefusion Conformation，利用冷冻电镜技术分析了新型冠状病毒表面S蛋白的近原子结构。另外作者们通过生物物理以及结构方面的证据发现，SARS-CoV-2的S蛋白结合人体ACE2（宿主细胞受体血管紧张素转化酶2）【1,2】的亲和力要远高于SARS-CoV的S蛋白，解释了新型冠状病毒传染性之强的主要原因。

新型冠状病毒是会引发发热、严重呼吸道疾病及肺炎的人传人的病原体【3,4】。截止到发稿时间，感染人数已经超过五万人。而新型冠状病毒与17年前爆发的严重急性呼吸综合征冠状病毒极为相似【5,6】。而且，相较于SARS来说，新型冠状病毒的更加快速的人传人并迅速传播到各个大洲的现象使得世界卫生组织将此次疫情爆发列为国际关注的突发公共卫生事件【7】。

新型冠状病毒利用高度糖基化的同源三聚体S蛋白进入宿主细胞。S蛋白经历结构变化将病毒融合进入宿主细胞的细胞膜。此过程包括病毒的S1亚基结合到宿主细胞受体上，引发三聚体不稳定性的发生，进而造成S1亚基脱落S2亚基形成高度稳定的融合后结构【8】。

为了对新型冠状病毒的S蛋白预融合的结构进行解析，作者们利用已经公开的2019-nCoV的序列（图1）通过亲和层析和凝胶排阻层析进行体外蛋白纯化。通过收集和处理3,207张蛋白图像后，作者们对蛋白进行了3D结构重组，获得了3.5 ?解析度的「向上」蛋白质结构（图2）。为了接近宿主细胞受体，S1亚基中的受体结合结构域（Receptor-binding domain，RBD）会经历铰链类似的构象移动用以隐藏或者暴露受体结合的关键位点。「向下」结构代表了受体不可结合状态，而「向上」结构则代表了受体可结合状态，「向上」结构处于较为不稳定的状态【9】。

通过该结构分析，作者们发现S1亚基中的RBD经历铰链类似运动，此移动特点与SARS-CoV以及MERS-CoV均非常相似，但新型管冠状病毒中则RBD结构则更靠近三聚体的中央部位，其S蛋白中3个RBP中的1个会向上螺旋突出从而让S蛋白形成能够轻易与宿主受体ACE2结合的空间构象。这也说明，新型冠状病毒引发病毒的机制虽然与其他的冠状病毒科的病毒机制异曲同工，但传染性更强。

将新型冠状病毒S蛋白的结构与SARS的S蛋白结构进行比较后作者们发现，两者之间结构最大的不同位于「向下」结构中的RBD结构域(图3 绿色结构区域)之中。SARS 的S蛋白中「向下」结构中RBD紧贴NTD结构域。虽然存在结构上的不同，但是整体上来说，新型冠状病毒与SARS-CoV在结构上还是高度相似的。

除了SARS病毒之外，新型冠状病毒与蝙蝠冠状病毒RaTG13在S蛋白中序列同源性高达96%。但新型冠状病毒S蛋白中最显著的变化是具有S1/S2蛋白酶切割位点的「RRAR」（弗林蛋白酶识别位点）氨基酸序列，而不是像SARS病毒中仅具有单个精氨酸【10】。这一现象在流感病毒中较为普遍，其中高毒力禽流感病毒和人流感病毒常发生流感血凝素蛋白的关键位置上产生多聚弗林蛋白酶位点的氨基酸插入。

除了在S1/S2连接处的氨基酸残基差异外，新型冠状病毒和RaTG13 S蛋白还存在29个氨基酸残基的差异，其中17个位于受体结合的RBD部位。另外，先前有报道发现新型冠状病毒与SARS病毒共享形同的宿主细胞受体ACE2【2】，作者们希望进行动力学方面的检测以进一步确认两者之间的不同。令人惊讶的是，新型冠状病毒结合ACE2的亲和力要远高于SARS病毒的亲和能力（&>10-20倍）（图4）。新型冠状病毒对ACE2的高亲和力也进一步解释了该病毒能够快速人传人的原因【3】。

由于新型冠状病毒与SARS病毒之间的结构同源性，作者们希望对已经发表的SARS病毒的RBD单克隆抗体对新型冠状病毒的RBD进行交叉反应性测试。但是作者们发现，尽管两病毒RBD之间结构高度相似，但是SARS病毒的RBD抗体对于新型冠状病毒并没有明显的结合。SARS RBD的单克隆抗体对于新型冠状病毒不具有交叉反应，该结果与为新型冠状病毒S蛋白作为未来抗体分离与治疗方案的设计提供了重要的参考。

总的来说，Jason S. McLellan研究组的工作从近原子的解析度对新型冠状病毒的S蛋白进行了解析，为进一步精确地疫苗设计以及抗病毒药物的发现提供了重要的结构生物学基础，大大促进了全球对于新型冠状病毒相关医疗对策的发展。

在文章上传到BioRxiv之上后，迅速引发了科学家们对于此结构生物学文章的关注。博士生Daniel Wrapp与博后Nianshuang Wang是文章的共同第一作者，为了文章中新型冠状病毒病毒S蛋白结构的迅速解析付出了重要努力。另外针对于S蛋白的疫苗已有VRC/NIAID（变态反应和感染性疾病研究所疫苗研究中心）的科学家进行研发和测试。

部分内容引自微博用户@子陵在听歌

原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.11.944462v1

制版人：玉壶

参考文献

1. Li, W. et al. Angiotensin-converting enzyme 2 is a functional receptor for the SARS coronavirus.Nature426, 450-454, doi:10.1038/nature02145 (2003).

2. Hoffmann, M. et al. The novel coronavirus 2019 (2019-nCoV) uses the SARS-coronavirus receptor ACE2 and the cellular protease TMPRSS2 for entry into target cells. 2020.2001.2031.929042, doi:10.1101/2020.01.31.929042 %JbioRxiv(2020).

3. Chan, J. F. et al. A familial cluster of pneumonia associated with the 2019 novel coronavirus indicating person-to-person transmission: a study of a family cluster.Lancet, doi:10.1016/S0140-6736(20)30154-9 (2020).

4. Chen, N. et al. Epidemiological and clinical characteristics of 99 cases of 2019 novel coronavirus pneumonia in Wuhan, China: a descriptive study.Lancet, doi:10.1016/S0140-6736(20)30211-7 (2020).

5. Lu, R. et al. Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding.Lancet, doi:10.1016/S0140-6736(20)30251-8 (2020).

6. Wu, F. et al. A new coronavirus associated with human respiratory disease in China.Nature, doi:10.1038/s41586-020-2008-3 (2020).

7. Li, Q. et al. Early Transmission Dynamics in Wuhan, China, of Novel Coronavirus-Infected Pneumonia.N Engl J Med, doi:10.1056/NEJMoa2001316 (2020).

8. Walls, A. C. et al. Tectonic conformational changes of a coronavirus spike glycoprotein promote membrane fusion.Proc Natl Acad Sci U S A114, 11157-11162, doi:10.1073/pnas.1708727114 (2017).

9. Walls, A. C. et al. Unexpected Receptor Functional Mimicry Elucidates Activation of Coronavirus Fusion.Cell176, 1026-1039 e1015, doi:10.1016/j.cell.2018.12.028 (2019).

10. Belouzard, S., Chu, V. C. Whittaker, G. R. Activation of the SARS coronavirus spike protein via sequential proteolytic cleavage at two distinct sites.Proc Natl Acad Sci U S A106, 5871-5876, doi:10.1073/pnas.0809524106 (2009).

这个不是早就被中国公布过了吗……（难道就因为他们的图片用PS上了个伪彩嘛……( ?? ﹏ ?? )）

长相没什么特别之处，冠状病毒是一个科，下面若干个属，若干个种，长得都大概是这个样子……

病毒里面有坏人啊～～～

(文末有彩蛋)

其实，中国微生物组数据中心(National Microbiology Data Centre)在1月底就发布了新冠病毒在电子显微镜下的图像，病毒是从武汉的2名患者体内提取的。不过那是一张黑白的图片。

而此前，顶级医学杂志《柳叶刀》(The Lancet)也公布了新型冠状病毒(2019-nCoV/novel coronavirus)的彩色照片。在这张经过渲染的伪彩色照片上，新冠病毒看起来很严厉，但更展现了这种病毒的狰狞面貌，表面布满了冠状物，仿佛恶魔的嘴一样。

虽然呈圆球形，但是外壳上有很多的冠状突起，每一个凸起都像一个吸盘一样，这种病毒也正是靠著它的冠状凸起才附著于软组织细胞之上吸收细胞液延续活性并复制发展，这样它就破坏了宿主细胞，同时它还会释放一种毒素，正是它的这种特性导致人会感染新冠肺炎的。

此外，美国疾病控制中心(CDC)也创造出了一个可视化新冠病毒立体模型，结合了新冠病毒在显微镜下的形态以及日食的图像。

这个就相对可视一点，知道它的真面目了吧！就是这种小东西引发了这场疫情，让我们共同努力，众志成城才能无坚不摧，这场战「疫」我们必胜！

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