深入了解冠状病毒
科学家对这种已感染全球的病原体内部运作的了解
尽管对于新型冠状病毒及其引起的 COVID-19 疾病仍然存在许多谜团， 但科学家们在惊人的短时间内产生了令人难以置信的精细知识。
在接下来的图示中，《大众科学》介绍了截至 6 月中旬的详细解释，说明了 SARS-CoV-2 如何潜入人体细胞内部，复制自身并爆发出来，从而渗透到更多细胞中，扩大感染范围。我们展示了免疫系统通常如何尝试中和病毒颗粒，以及 CoV-2 如何阻止这种努力。我们解释了该病毒的一些惊人能力，例如其在复制新的病毒副本时进行校对以防止可能破坏它们的突变的能力。我们还展示了药物和疫苗可能仍然能够克服入侵者的方式。随着病毒学家了解更多信息，我们将在我们的网站 (www.scientificamerican.com) 上更新这些图示。
如需查看 2020 年 7 月刊《大众科学》中此内容的静态版本，请点击此处。
一个 SARS-CoV-2 病毒颗粒飘入人的鼻子或嘴巴，直径约为 100 纳米——只能用电子显微镜才能看到。它是一个近乎球形的蛋白质（显示横截面），包裹在脂肪膜内部，脂肪膜保护着一条扭曲的 RNA 链——一种携带病毒遗传密码的分子。被称为“S”的蛋白质形成从表面延伸出来的刺突，并抓住大数百倍的人体细胞，以便颗粒或病毒体可以滑入内部；冠状或冠冕状外观赋予了病毒的名称。结构蛋白——N、M 和 E——在细胞内部移动，在那里它们帮助形成新的病毒体。
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- 1. 病毒： SARS-CoV-2 病毒颗粒是一个包裹在保护性脂肪外壳中的蛋白质球。
- 2. RNA (红色)： 这条扭曲的 RNA 链是病毒用来在您体内复制自身的蓝图。
- 3. 入侵刺突 (橙色)： 病毒使用其刺突状的 S 蛋白（布满表面）来抓住人体细胞。
- 4. 保护壳： 这种脂质双分子层在病毒的遗传物质在体内传播时保护它。
- 5. N 蛋白 (蓝色)： 这种蛋白质有助于保持病毒 RNA 的稳定性。
- 6. E 蛋白 (黄色)： 这种蛋白质有助于形成新的病毒颗粒。
- 7. M 蛋白 (紫色)： 这种蛋白质有助于形成新的病毒颗粒。
一个 SARS-CoV-2 颗粒进入人的鼻子或嘴巴，并在气道中漂浮，直到它刷到肺细胞，肺细胞表面有 ACE2 受体。病毒与该细胞结合，滑入内部，并利用细胞的机制帮助复制自身。它们突破出来，让细胞死亡，并渗透到其他细胞中。
额外的囊泡（来自内质网和高尔基复合体）组装刺突、M 和 E 蛋白。
受感染的细胞向免疫系统发出警报，试图中和或摧毁病原体，但病毒可以阻止或拦截信号，从而争取时间在人出现症状之前广泛复制。当感染开始时，先天免疫系统试图立即保护肺细胞。适应性免疫系统开始为更大的反应做准备。
策略 1： 病毒刺突可能用糖分子伪装自己。它们弯曲和摆动，可能会阻止抗体附着到病毒上，从而中和病毒。
商业和大学实验室正在研究 100 多种药物来对抗 COVID-19，即 SARS-CoV-2 病毒引起的疾病。大多数药物不会直接摧毁病毒，但会充分干扰病毒，从而使人体的免疫系统能够清除感染。抗病毒药物通常阻止病毒附着到肺细胞，阻止病毒在入侵细胞后繁殖，或抑制免疫系统的过度反应，这可能导致感染者出现严重症状。疫苗使免疫系统做好准备，以快速有效地对抗未来的感染。
SARS-CoV-2 基因组是一条 RNA 链，长度约为 29,900 个碱基——接近 RNA 病毒的极限。流感病毒约有 13,500 个碱基，引起普通感冒的鼻病毒约有 8,000 个碱基。（碱基是构成 RNA 和 DNA 的化合物对。）由于基因组如此之大，因此在复制过程中可能会发生许多突变，从而削弱病毒，但 SARS-CoV-2 可以校对和纠正副本。这种质量控制在人类细胞和 DNA 病毒中很常见，但在 RNA 病毒中非常罕见。较长的基因组还具有辅助基因，尚未完全了解，其中一些可能有助于其抵御我们的免疫系统。
- 编辑： 马克·菲舍蒂
- 艺术家： 维罗妮卡·法尔科涅里·海斯
- 顾问： 布里特·格劳辛格，分子病毒学家，加州大学伯克利分校，霍华德·休斯医学研究所
- 图形编辑： 詹·克里斯蒂安森
- 动画和动态图形： 杰弗里·德尔维西奥
- 设计和前端开发： 杰森·米施卡
- 来源：洛伦佐·卡萨利诺、齐德·盖伊布和罗米·阿马罗，加州大学圣地亚哥分校（带有糖基化的刺突模型）；
- “SARS-CoV-2 转录组的结构”，作者：Dongwan Kim 等人，发表于《Cell》，第 181 卷，2020 年 5 月 14 日（基因组）
