一组研究人员在对抗严重急性呼吸综合症冠状病毒-2（SARS-CoV-2）的过程中取得了重要的突破，该病毒引起COVID-19。他们获得了关于病毒如何进入人类细胞以及怎样可能被遏制的新见解。通过模拟和理论模型与实验合作伙伴的结构数据相结合，研究小组能够在原子水平上构建出感染过程的全面视图。
这个研究团队由来自莱斯大学的何塞·奥努奇和东北大学的保罗·惠特福德带头，他们都与莱斯大学理论生物物理中心（CTBP）的国家科学基金会物理前沿中心相关联，取得了对抗SARS-CoV-2的发现，该病毒导致COVID-19。
与耶鲁大学的研究人员沃尔特·莫瑟斯和李文威共同合作，团队揭示了病毒如何感染人类细胞及如何能够受到抑制的新理解。他们的研究结果于8月15日在《科学》杂志上发表。
病毒利用其刺突蛋白与人类细胞上的血管紧张素转化酶2结合，启动了一种机制，使其能够渗透进入细胞。刺突蛋白由两个关键部分组成：S1区，在不同病毒株中表现出相当大的变异性；以及S2区，在各种冠状病毒中变化不大。这种稳定性使得S2区成为针对广泛病毒株的疫苗和疗法的有前景候选者。
通过将模拟和理论分析与实验合作者的结构数据整合，研究人员获得了感染过程的详细视图，直到原子级别。
“理解这些刺突蛋白的中间状态为新的治疗和预防方法铺平了道路，”奥努奇表示，他担任哈里·C·和奥尔加·K·维斯物理主席，并担任物理与天文学、化学和生命科学的教授，以及CTBP的联合主任。“我们的工作突显了融合理论和实验策略的重要性，以应对诸如病毒感染等复杂挑战。”
耶鲁大学的实验团队利用一种先进的成像技术，即冷冻电子层析术，详细拍摄了刺突蛋白在融合过程中的快照。
他们识别出专门针对S2区中一部分的抗体，称为干茎螺旋，使它们能够附着于刺突蛋白并防止其变形为融合所需的形状。这一作用阻止病毒进入人类细胞。
“我们的发现提供了刺突蛋白在感染过程中如何改变其形状的清晰理解，以及抗体如何阻碍这一过程，”奥努奇补充道。“这一分子知识为创造针对广泛冠状病毒株的疫苗和治疗打开了新的途径。”
研究人员将理论建模与实验数据相结合，以达到他们的结论。通过将刺突蛋白的模拟与实验可视化相结合，他们能够观察到以前未被识别的蛋白中间状态。这一综合方法促进了他们对感染过程在原子尺度上理解。
“理论与实验技术之间的合作对我们的成功至关重要，”惠特福德称，他是东北大学物理系的教授。“我们的结果揭示了新的潜在治疗靶点和疫苗开发策略，能有效对抗大多数病毒变异株。”
该团队的突破对于持续抗击COVID-19以及为未来可能出现的类似病毒的暴发做好准备至关重要。靶向保守的S2区可能使研究人员能够生产出在病毒进化时仍有效的疫苗和治疗。
“这项研究在与COVID-19及未来可能出现的其他冠状病毒的斗争中代表了显著的进展，”美国国家科学基金会物理部主任索尔·冈萨雷斯表示。“深入了解复杂生物系统内的基础物理动力学对于开发更有效和广谱的治疗手段至关重要，这些治疗能够保护我们的健康，拯救生命。”
这项努力得到了国家科学基金会、国家卫生研究院、加拿大健康研究所、加拿大研究主席和维尔奇基金会的支持。
参与的其他研究人员包括耶鲁大学微生物病原学系的迈克尔·格伦斯特和全权·秦；CTPB的埃斯特班·多德罗-罗哈斯；CHUM研究中心的施雷·丁、杰里米·普雷沃斯特和安德烈斯·芬齐；以及美国国防部医学大学感染病科的姚宗宪和玛尔泽娜·帕兹基尔，以及德克萨斯大学医疗分校加尔维斯顿分校生物化学与分子生物学系的胡艳平和谢旭平。
