(抗击新型肺炎)新型冠状病毒：结构简单、成分简单，但破坏力绝不简单
中新网北京1月31日电 题：新型冠状病毒：结构简单、成分简单，但破坏力绝不简单
作者 赵灵羽(中国科学院上海巴斯德研究所)
2020年的春节，是个特殊的春节，各大公共场所停止营业，就连饭店和超市的顾客也比往常少了许多。而这些，都是由于2019年12月出现的一种病毒——2019新型冠状病毒(2019-novel coronavirus，2019-nCoV)。
或许大家现在听到“病毒”，已经不觉得陌生。但其实直到19世纪晚期，烟草花叶病毒引发的农业大灾难，病毒这一微小的病原体才逐渐进入人类的视野。这些肉眼看不见的病毒，每时每刻都在影响着成千上万人的生命。除却人类健康，它们还在生物演化、环境变化等等方面影响着我们的生活，也影响着世间万物，若将我们的世界说成是病毒包围的世界，也毫不夸张。
烟草花叶病毒、腺病毒与噬菌体的结构(图片来源：《生物学 八年级上册》人民教育出版社) 中科院上海巴斯德所/供图
那么病毒究竟是什么，它长什么样子？2019新型冠状病毒所属的家庭——冠状病毒的结构又是怎样的呢？小小的病毒，为何有这么大的“破坏力”？
不妨让我们一探究竟。
最简单的生命形式——病毒
流感病毒、艾滋病病毒、肝炎病毒、狂犬病病毒……病毒所引发的人体疾病目前大多还难以治愈，因此显得非常“可怕”。但其实，它们简直可以说是自然界中最简单的生命形式。
病毒的组成成分往往非常简单，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。
病毒的遗传物质可以是DNA，也可以是RNA，同时又区分为一条链与两条链，即分为单链DNA、双链DNA、单链RNA与双链RNA四种。不过无论是什么DNA还是RNA，双链还是单链，这些遗传物质在病毒“传宗接代”的过程中都起到了决定作用——遗传物质指导了病毒蛋白质的合成，而这些蛋白质在病毒结构组成、增殖与传播过程中都是必不可少的。
病毒的结构往往也很简单，遗传物质位于病毒的内部，组成病毒的核心(图1)。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，使得病毒的衣壳存在不同形态的区分。
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。
但需要注意的是，并不是所有的病毒的衣壳都可以被划分为这三类。
而蛋白质组成的衣壳，不仅仅起到了保护病毒遗传物质的作用，也参与了病毒的感染过程。
除去最基本的遗传物质与蛋白质结构，稍复杂一些的病毒的外侧还有着由脂质和糖蛋白组成的包膜。包膜的主要功能是维护病毒结构的完整性，并参与病毒入侵宿主细胞的过程。首先包膜上的糖蛋白识别并结合位于宿主细胞细胞膜上的受体，包膜与宿主细胞的细胞膜结合，随后病毒衣壳与遗传物质进入宿主细胞内，完成感染过程。
显微镜下的SARS冠状病毒(图片来源：www.cdc.gov) 中科院上海巴斯德所/供图
SARS和新型冠状病毒都属于这个大家族——冠状病毒
2003年，一场由SARS病毒引起的疫情，使得“冠状病毒”这个名词逐渐走进了人们的视野。冠状病毒因其在显微镜下能观察到明显的棒状粒子凸起，形状好似中世纪欧洲帝王的皇冠而得名。
1975年，病毒命名委员会正式命名了冠状病毒科。根据病毒的血清学特点和核苷酸序列的差异，冠状病毒科又分为冠状病毒和环曲病毒两个属。而在2003年引起爆发性严重急性呼吸综合征(SARS)的病毒便属于冠状病毒科冠状病毒属。
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)。
S蛋白在识别并结合宿主细胞表面受体，并介导病毒包膜与细胞膜融合的过程中起到关键性作用；M蛋白则参与了病毒包膜的形成与出芽过程；HE蛋白则是构成包膜的短凸起，可能与冠状病毒早期吸附有关，某些冠状病毒的HE蛋白可引起红细胞的凝集以及对红细胞的吸附。
冠状病毒的核酸为正链单链RNA，其特点是可以以自身为模板，指导合成病毒相关蛋白质。病毒进入宿主细胞后，首先以病毒RNA为模板表达出RNA聚合酶，随后RNA聚合酶完成负链RNA的转录合成、各种结构蛋白mRNA的合成，以及病毒基因组RNA的复制。
SARS冠状病毒结构示意图。 中科院上海巴斯德所/供图
结构简单却“破坏力”很大的2019新型冠状病毒
初步了解了病毒的结构与冠状病毒的结构之后，让我们把目光放在最近为大家带来很多困扰的新型冠状病毒上。
不过想要说清楚这次出现的新型冠状病毒，我们就不能跳过对SARS病毒的研究。
在那场突发的瘟疫灾难结束后，科学家们仍没有放弃对SARS病毒的研究。他们发现，SARS病毒是通过病毒包膜表面的S蛋白与人体的血管紧张素转化酶Ⅱ(ACEⅡ)相互作用而入侵人体[1]。
而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。上面我们说到，冠状病毒的S蛋白对于病毒识别与入侵有着关键的作用。于是科学家们对比了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[2]。
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。
计算机模型：病毒S蛋白与人ACEⅡ蛋白结合示意图(图片来源：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/供图
目前对病毒更深入的研究仍在进行中，这些信息可以帮助我们更好地了解病毒，对指导公共卫生安全策略也有着不可忽视的作用。
希望这篇文章可以帮助你了解到更多关于病毒的知识，在面对疫情的时候，能够冷静理智对待，不恐慌、不轻视。最后，让我们向第一线的医护人员和科研人员致敬，提醒家人朋友注意防护，愿疫情早日解除。(完)
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