美國國家過敏與傳染病研究所（NIAID）2月13日在網站公佈了新冠病毒在電子顯微鏡下的一組圖像。

掃描顯微鏡圖像：橙色的部分就是引發新冠肺炎的冠狀病毒。圖/NIAID-RML

病毒是微小的感染性斑點，由包裹在蛋白質外殼中的DNA或RNA組成。它們太小，無法通過一般的光學顯微鏡看到。NIAID通過掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡獲取新冠病毒的基本圖像，然後機構中的視覺醫學藝術辦公室再對圖像進行電子化上色。

透射顯微鏡圖像：暗黑色圓形物的為新冠病毒。圖/NIAID-RML

NIAID表示，新冠病毒的圖像看起來和2012年暴發的MERS病毒以及2002年出現的SARS病毒很相似，這並不奇怪，因為這類病毒表面的突起物讓其擁有了「冠狀（corona）」的名稱，是「王冠（crown）」的拉丁文，所以，所有冠狀病毒基本都有這樣的形態特點。（新京報）

比較病毒「顏值」的「特別之處」，我們先從正常病毒長啥樣談起。

好奇的知友如果等不急可以翻到最後先看結果。

| 病毒粒子的樣子

病毒的形態很多，主要有：球形、桿形、蝌蚪形。它們家族龐大，成員眾多，模樣也是千差萬別。同時他們也極其微小——在一粒沙子的邊緣上，最多能站得下幾萬個病毒。

從上圖看起來，很多病毒粒子結構會存在符合人類美學標準的「平衡感」。

但有平衡感的東西也可能很嚇人。比如：

-狂犬病毒

圖源：Dreamstime.com

-T2噬菌體病毒：

圖源：百度百科

下圖是設計師製作的「病毒冰棍」，敢下嘴的都是喫貨大神：

圖源：百度圖片

事實上病毒的組成成分非常簡單，它就像一顆「魚皮花生豆」，一層外殼，包裹著一顆「心」。這顆「心」裏，藏著它的遺傳物質。它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。

病毒的結構（圖片來源：www.khanacademy.org）

遺傳物質位於病毒的內部，組成病毒的核心。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，使得病毒的衣殼有了形形色色的形態。

大多數病毒衣殼的形態可分為螺旋對稱（如煙草花葉病毒）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。[1]

病毒家族可謂是充滿了一種暴力美學。有人認為噁心，有人卻從中發現了藝術。

天花病毒放大倍率2.85萬倍。照片中，黃色為蛋白質，紅色為DNA。使用顯微鏡拍完照片後，數字藝術家為照片添加顏色，像一幅油畫作品。

下面是更強大的病毒作品：一名華盛頓大學一年級的生物學博士生Eleanor製作了一套以渲染後的精美病毒為主題的收藏卡，這四張卡分別表述了讓人聞風喪膽的四大致命病毒的分子結構。[2]

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

| 冠狀病毒粒子

看過病毒家族的各類長相，冠狀病毒看起來算是顏值很不錯的一種。

接下來我們看看冠狀病毒長啥樣：

因為冠狀病毒在顯微鏡下能觀察到明顯的棒狀粒子凸起，形狀很像中世紀歐洲帝王的皇冠而得名。

下圖可以看到，相對與形狀多樣的各類病毒，冠狀病毒呈現出更強一些的平衡感。看起來相對均勻的球體，表面有一圈類似棒棒糖的凸起（這些凸起正是進入宿主細胞的「鑰匙」）。

每種病毒都需要攜帶一把特殊的「鑰匙」識別細胞表面特定的受體結合形成穩定的複合物，再通過內吞或胞飲等途徑才能進入宿主細胞。

這些分佈於病毒上的「鑰匙」，讓冠狀病毒看起來非常具有平衡感。

來，我們把鏡頭進一步放大，可以發現這些突起是由冠狀病毒編碼的一種像釘子似的刺突蛋白（spike protein）三聚體組合形成，垂直分佈於病毒的表面，這個三聚化的刺突蛋白對病毒的入侵極為重要[3]。

冠狀病毒電子顯微鏡照片 （來源：www.en.wikipedia.org，維基百科）

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）[4]。

從病毒分類上看，冠狀病毒隸屬於單節段正鏈RNA病毒，這個名字聽起來比較拗口，讓我們來做幾個名詞拆解吧：

「RNA病毒」說明冠狀病毒的遺傳信息由RNA（Ribonucleic acid，核糖核酸）來承載。以RNA為遺傳物質的病毒，在複製子代病毒時發生突變的概率要顯著高於以DNA（Deoxyribonucleic acid，脫氧核糖核酸）為遺傳物質的生命體；「單節段」指的是冠狀病毒的基因組只由一條RNA鏈組成，在這條鏈上編碼了十餘種功能各異的病毒蛋白所需的遺傳信息；「正鏈」意味著冠狀病毒在進入宿主細胞之後，無需經過基因組的轉錄過程，就可以直接利用宿主的核糖體來生產病毒複製所需的蛋白質。[3]

| 新型冠狀病毒

先上圖——美國疾病控制中心（CDC）創造出了一個可視化新冠病毒立體模型，結合了新冠病毒在顯微鏡下的形態以及日食的圖像。

繼承了冠狀病毒的家族特性，新型冠狀病毒通過突起的「鑰匙」接觸到人類細胞表面，與「血管緊張素轉化酶2（以下簡稱ACE2蛋白)」作用鑽入細胞內部，複製出更多的病毒RNA侵佔人體肺部。ACE2蛋白主要在肺部組織表達，在調節血壓和體液代謝中發揮著至關重要的作用。

如果覺得新冠病毒「長得還行」，那麼，來看一下下面這張很可能沒被美顏濾鏡PS過的「買家秀」：

2020年2月4日，著名的世界頂級醫學雜誌《柳葉刀》（The Lancet）公佈了新型冠狀肺炎病毒2019-nCoV的彩色照片，被認為是最貼近於病毒原型的圖片[5]，如下圖。

圖片來源：《柳葉刀》(The Lancet)雜誌

這張照片是經過渲染的偽彩色照片，照片中的新型冠狀病毒呈粉紅色，表面布滿了冠狀的令人噁心的吸盤，彷彿是塑料吸盤一般，看上去有種渾身起起皮疙瘩的感覺[5]。

嗯，我發現了你一臉嫌棄的表情！

是的，它表面肉粉粉的，再加上它的吸盤結構......是不是想起某種海洋生物？比如下面的：

章魚的智商其實很高 圖源：http://www.sohu.com/a/208777281_545598

新冠病毒的這些吸盤結構很容易與人的粘膜接觸而吸附，進而穿入細胞內，然後脫殼，進行一系列RNA的轉錄，複製，最後組裝成熟而釋放出來，再繼續感染其他細胞。如圖：

圖源：百度圖片

而作為RNA病毒，新型冠狀病毒最大的特點就是：進化快。這使得其變異速度很快，且不利於設計疫苗。

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。

冠狀病毒的S蛋白對於病毒識別與入侵有著關鍵的作用。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氨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[1]。

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。

簡單總結一下2019-nCoV的特點：

1. RNA單鏈病毒，變異更快，容易耐葯，屬於彪悍異常，不服就幹類型；

2. 這次病毒特殊的nsp14外切酶（nsp14-ExoN）結構使得病毒對許多核苷類似物（如利巴韋林）容易耐葯；

3. 病毒的結構蛋白：S蛋白、M蛋白、E蛋白、N蛋白和其他關鍵酶，相關特異性強的藥物研發難度非常大。[6]

來源：NATURE REVIEWS MICROBIOLOGY

2019-nCoV屬於β屬新型冠狀病毒，總共有近29000個核苷酸鹼基，由這些鹼基保存繁殖遺傳指令，是以RNA形式存在的病毒之一。

香港大學的團隊最近也公佈了新冠病毒圖像，港大病理學臨牀教授約翰 · 尼科爾斯（John Nicholls）表示，每一個受感染的細胞都會產生數千個新的傳染性病毒顆粒，這些顆粒會繼續感染新的細胞。

香港大學在推特發布的新冠病毒圖像

研究發現2019-nCoV病毒序列與蝙蝠冠狀病毒非常相似，整體基因組序列一致性為96.2%，與SARS冠狀病毒存在79.5%的序列同源性。

到目前為止，已分析的2019-nCoV序列彼此之間最多有7個核苷酸的差異，這表明它是最近才進入人類體內的。最近華南農業大學發現穿山甲或為中間宿主。

說到這裡，我們回過頭來看這個問題：新冠病毒長得有什麼特別之處嗎？

答案是：沒有。它的樣子和各類冠狀病毒粒子的樣子非常相似，但個性會更加「厚黑」一些。

義大利托馬斯·阿奎那對美的定義。認為「美有三個要素。第一是一種完整或完美，凡是不完整的東西就是醜的；第二是適當的比例或和諧；第三是鮮明，鮮明的東西是公認為美的」。[7]

從美學的角度看，或許新冠病毒確實某種程度上符合數學中平衡的美感，但上面的圖像也顯示了它的「噁心」之處。特別是因為它本身對人類造成的致命傷害，我們無論如何也難以接受它的「長得特別」。

美國美國疾控中心（CDC）辛西婭 · 戈德史密斯負責將各種病毒視覺化。她曾說：" 我不會去思考疾病本身，只關注病毒的樣子，當我把病毒視覺化之後，總覺得有點對不起感染者。"

所以，我們與其分析病毒「長得有什麼特點」，不如說來探尋病毒由表及裡的內在真相，最終戰勝它們。

參考

  1. ^ab趙靈宇，科普中國（監製：中國科學院計算機網路信息中心），一文看懂結構簡單、成分簡單，但破壞力絕不簡單的新型冠狀病毒 http://blog.sina.com.cn/s/blog_16c04d8910102z7vz.html
  2. ^3D列印在線，生物博士用可3D列印病毒模型製作精美收藏卡  https://www.sohu.com/a/70403743_198225
  3. ^ab郭宇，中國生物物理學會，澎湃新聞·澎湃號·政務，【科普課堂】從病毒學的視角聊聊新型冠狀病毒 https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_5950221
  4. ^中國科學院，石墨烯聯盟，新型冠狀病毒：結構簡單、成分簡單，但破壞力絕不簡單  http://www.sohu.com/a/370568639_445086
  5. ^ab快科技，《柳葉刀》公佈新型冠狀病毒彩照：艷麗、猙獰（2月4日） https://m.mydrivers.com/newsview/670271.html
  6. ^司鐵，醫學論壇網，武漢冠狀病毒面面觀 http://respir.cmt.com.cn/detail/1407802.html
  7. ^邱明正，朱立元主編．美學小辭典 增訂本：上海辭書出版社，2007.4：第208頁 https://baike.baidu.com/item/%E7%BE%8E%E7%9A%84%E4%B8%89%E8%A6%81%E7%B4%A0/22640084?fr=aladdin

沒有。

冠狀病毒都長這樣。

這組圖片不過是在序列實錘的基礎上從結構實錘它就是冠狀病毒無疑。

新型冠狀病毒引發疾病的機制與其他的冠狀病毒科相似，但傳染性更強。同時，冠狀病毒的刺突糖蛋白（Spike glycoprotein, S glycoprotein）是疫苗、治療性抗體的研發以及臨牀診斷的關鍵靶點，對新型冠狀病毒中刺突蛋白的近原子電鏡結構解析有望加快疫苗研製。

2020年2月3日，上海公共衛生臨牀中心、復旦大學公共衛生學院張永振教授團隊和中科院武漢病毒研究所石正麗教授團隊分別在Nature上發表文章A new coronavirus associated with human respiratory disease in China和A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin，報道了此次武漢新型冠狀病毒。

這篇文章確定了新型冠狀病毒的基因組（註：張永振教授是第一位公佈該病毒序列的科研工作者，1月10日公佈序列，病毒完整基因組已存入GenBank，登記號為MN908947）。

而石正麗團隊的這篇文章，發現七個被鑒定和測序出的非結構性蛋白也存在於SARS冠狀病毒中，表明該病毒是一種與SARS相關的冠狀病毒，將其命名為新型冠狀病毒2019（2019-nCoV）。此外，確認了2019-nCoV進入細胞的路徑與SARS冠狀病毒一樣，即通過ACE2細胞受體。

冠狀病毒主要通過S蛋白上的受體結合結構域與細胞受體特異性結合，結合後，誘導S蛋白構象發生改變，介導病毒包膜與細胞膜發生融合，使病毒核衣殼進入細胞內進行後續病毒的複製。

為了協助對該流行性疾病進行醫學防護措施研發，2020年2月15日，美國衛生總署(NIH)與德克薩斯大學奧斯汀分校Jason S. McLellan研究組（McLellan組在病毒結構方面做了很多重要的工作，包括MERS等，有著豐富的經驗）進行合作在預印版平臺bioRxiv發表文章Cryo-EM Structure of the 2019-nCoV Spike in the Prefusion Conformation，利用冷凍電鏡技術分析了新型冠狀病毒表面S蛋白的近原子結構。另外作者們通過生物物理以及結構方面的證據發現，SARS-CoV-2的S蛋白結合人體ACE2（宿主細胞受體血管緊張素轉化酶2）【1,2】的親和力要遠高於SARS-CoV的S蛋白，解釋了新型冠狀病毒傳染性之強的主要原因。

新型冠狀病毒是會引發發熱、嚴重呼吸道疾病及肺炎的人傳人的病原體【3,4】。截止到發稿時間，感染人數已經超過五萬人。而新型冠狀病毒與17年前爆發的嚴重急性呼吸綜合徵冠狀病毒極為相似【5,6】。而且，相較於SARS來說，新型冠狀病毒的更加快速的人傳人並迅速傳播到各個大洲的現象使得世界衛生組織將此次疫情爆發列為國際關注的突發公共衛生事件【7】。

新型冠狀病毒利用高度糖基化的同源三聚體S蛋白進入宿主細胞。S蛋白經歷結構變化將病毒融合進入宿主細胞的細胞膜。此過程包括病毒的S1亞基結合到宿主細胞受體上，引發三聚體不穩定性的發生，進而造成S1亞基脫落S2亞基形成高度穩定的融合後結構【8】。

為了對新型冠狀病毒的S蛋白預融合的結構進行解析，作者們利用已經公開的2019-nCoV的序列（圖1）通過親和層析和凝膠排阻層析進行體外蛋白純化。通過收集和處理3,207張蛋白圖像後，作者們對蛋白進行了3D結構重組，獲得了3.5 ?解析度的「向上」蛋白質結構（圖2）。為了接近宿主細胞受體，S1亞基中的受體結合結構域（Receptor-binding domain，RBD）會經歷鉸鏈類似的構象移動用以隱藏或者暴露受體結合的關鍵位點。「向下」結構代表了受體不可結合狀態，而「向上」結構則代表了受體可結合狀態，「向上」結構處於較為不穩定的狀態【9】。

通過該結構分析，作者們發現S1亞基中的RBD經歷鉸鏈類似運動，此移動特點與SARS-CoV以及MERS-CoV均非常相似，但新型管冠狀病毒中則RBD結構則更靠近三聚體的中央部位，其S蛋白中3個RBP中的1個會向上螺旋突出從而讓S蛋白形成能夠輕易與宿主受體ACE2結合的空間構象。這也說明，新型冠狀病毒引發病毒的機制雖然與其他的冠狀病毒科的病毒機制異曲同工，但傳染性更強。

將新型冠狀病毒S蛋白的結構與SARS的S蛋白結構進行比較後作者們發現，兩者之間結構最大的不同位於「向下」結構中的RBD結構域(圖3 綠色結構區域)之中。SARS 的S蛋白中「向下」結構中RBD緊貼NTD結構域。雖然存在結構上的不同，但是整體上來說，新型冠狀病毒與SARS-CoV在結構上還是高度相似的。

除了SARS病毒之外，新型冠狀病毒與蝙蝠冠狀病毒RaTG13在S蛋白中序列同源性高達96%。但新型冠狀病毒S蛋白中最顯著的變化是具有S1/S2蛋白酶切割位點的「RRAR」（弗林蛋白酶識別位點）氨基酸序列，而不是像SARS病毒中僅具有單個精氨酸【10】。這一現象在流感病毒中較為普遍，其中高毒力禽流感病毒和人流感病毒常發生流感血凝素蛋白的關鍵位置上產生多聚弗林蛋白酶位點的氨基酸插入。

除了在S1/S2連接處的氨基酸殘基差異外，新型冠狀病毒和RaTG13 S蛋白還存在29個氨基酸殘基的差異，其中17個位於受體結合的RBD部位。另外，先前有報道發現新型冠狀病毒與SARS病毒共享形同的宿主細胞受體ACE2【2】，作者們希望進行動力學方面的檢測以進一步確認兩者之間的不同。令人驚訝的是，新型冠狀病毒結合ACE2的親和力要遠高於SARS病毒的親和能力（&>10-20倍）（圖4）。新型冠狀病毒對ACE2的高親和力也進一步解釋了該病毒能夠快速人傳人的原因【3】。

由於新型冠狀病毒與SARS病毒之間的結構同源性，作者們希望對已經發表的SARS病毒的RBD單克隆抗體對新型冠狀病毒的RBD進行交叉反應性測試。但是作者們發現，儘管兩病毒RBD之間結構高度相似，但是SARS病毒的RBD抗體對於新型冠狀病毒並沒有明顯的結合。SARS RBD的單克隆抗體對於新型冠狀病毒不具有交叉反應，該結果與為新型冠狀病毒S蛋白作為未來抗體分離與治療方案的設計提供了重要的參考。

總的來說，Jason S. McLellan研究組的工作從近原子的解析度對新型冠狀病毒的S蛋白進行了解析，為進一步精確地疫苗設計以及抗病毒藥物的發現提供了重要的結構生物學基礎，大大促進了全球對於新型冠狀病毒相關醫療對策的發展。

在文章上傳到BioRxiv之上後，迅速引發了科學家們對於此結構生物學文章的關注。博士生Daniel Wrapp與博後Nianshuang Wang是文章的共同第一作者，為了文章中新型冠狀病毒病毒S蛋白結構的迅速解析付出了重要努力。另外針對於S蛋白的疫苗已有VRC/NIAID（變態反應和感染性疾病研究所疫苗研究中心）的科學家進行研發和測試。

部分內容引自微博用戶@子陵在聽歌

原文鏈接：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.11.944462v1

製版人：玉壺

參考文獻

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).

這個不是早就被中國公佈過了嗎……（難道就因為他們的圖片用PS上了個偽彩嘛……( ?? ﹏ ?? )）

長相沒什麼特別之處，冠狀病毒是一個科，下面若干個屬，若干個種，長得都大概是這個樣子……

病毒裡面有壞人啊～～～

(文末有彩蛋)

其實，中國微生物組數據中心(National Microbiology Data Centre)在1月底就發布了新冠病毒在電子顯微鏡下的圖像，病毒是從武漢的2名患者體內提取的。不過那是一張黑白的圖片。

而此前，頂級醫學雜誌《柳葉刀》(The Lancet)也公佈了新型冠狀病毒(2019-nCoV/novel coronavirus)的彩色照片。在這張經過渲染的偽彩色照片上，新冠病毒看起來很嚴厲，但更展現了這種病毒的猙獰面貌，表面布滿了冠狀物，彷彿惡魔的嘴一樣。

雖然呈圓球形，但是外殼上有很多的冠狀突起，每一個凸起都像一個吸盤一樣，這種病毒也正是靠著它的冠狀凸起才附著於軟組織細胞之上吸收細胞液延續活性並複製發展，這樣它就破壞了宿主細胞，同時它還會釋放一種毒素，正是它的這種特性導致人會感染新冠肺炎的。

此外，美國疾病控制中心(CDC)也創造出了一個可視化新冠病毒立體模型，結合了新冠病毒在顯微鏡下的形態以及日食的圖像。

這個就相對可視一點，知道它的真面目了吧！就是這種小東西引發了這場疫情，讓我們共同努力，眾志成城才能無堅不摧，這場戰「疫」我們必勝！

羣眾裡面有壞人啊！附贈各個地區線上線下口罩搶購指南，願春天早點到來。

持續更新全網的品牌KN95口罩及防疫用品?

shimo.im圖標
推薦閱讀：
相關文章