根据今天发表在《eLife》上的一项研究，科学家们模拟了SARS-CoV-2刺突蛋白结构从识别宿主细胞到进入宿主细胞的转变。

研究表明，刺突蛋白上的糖分子激活的结构可能对细胞进入至关重要，破坏这种结构可能是阻止病毒传播的一种策略。

SARS-CoV-2生命周期的一个重要方面是它能够附着在宿主细胞上并转移其遗传物质。它通过刺突蛋白实现这一点，刺突蛋白由三个独立的成分组成——一个跨膜束将刺突固定在病毒上，以及病毒外部的两个S亚基(S1和S2)。

为了感染人类细胞，S1亚基与人类细胞表面一种叫做ACE2的分子结合，S2亚基分离并融合病毒和人类细胞膜。虽然这个过程是已知的，但它发生的确切顺序还没有发现。然而，了解这些蛋白质结构的微秒级和原子级运动可以揭示COVID-19治疗的潜在靶点。

“目前大多数SARS-CoV-2治疗和疫苗都集中在病毒入侵的ACE2识别步骤上，但另一种策略是针对允许病毒与人类宿主细胞融合的结构变化，”该研究的合著者、美国休斯敦莱斯大学物理学教授、理论生物物理中心联合主任jos N. Onuchic解释说。“但是通过实验探测这些中间的瞬态结构是非常困难的，因此我们使用了一个足够简化的计算机模拟来研究这个大系统，但它保留了足够的物理细节来捕捉S2亚基在融合前和融合后形状之间转换时的动力学。”

研究小组对糖分子在被称为聚糖的刺突蛋白上的作用特别感兴趣。为了了解聚糖的数量、类型和位置是否通过介导这些中间刺突的形成在病毒进入细胞的膜融合阶段发挥作用，他们使用基于全原子结构的模型进行了数千次模拟。

这样的模型允许你在考虑到空间力的情况下预测原子随时间的运动轨迹——也就是说，相邻的原子如何影响其他原子的运动。

模拟结果显示，聚糖形成了一个“笼子”，困住了S2亚基的“头部”，使其在与S1亚基分离和病毒与细胞膜融合之间停留在一个中间形式。当聚糖不存在时，S2亚基在这个构象中停留的时间要短得多。

模拟还表明，将S2头部保持在特定位置有助于S2亚基招募人类宿主细胞并与它们的膜融合，通过允许从病毒中延伸出称为融合肽的短蛋白。

事实上，S2的糖基化显著增加了融合肽延伸到宿主细胞膜的可能性，而当聚糖缺失时，这种情况发生的可能性很小。