核苷酸類似物是抗病毒治療的常用手段,這類藥物通過模擬病毒復制所需的遺傳物質,誘使病毒在新一代復制中摻入缺陷構件。然而,許多核苷酸類似物對SARS-CoV-2的實際效果并不理想——原因在于冠狀病毒攜帶一種能夠識別并清除RNA遺傳錯誤的酶,即外切核糖核酸酶(ExoN),它如同一名"校對員",將藥物分子當作錯誤剔除。
美國愛荷華州立大學Roy J. Carver生物化學、生物物理學與分子生物學系助理教授楊陽帶領的研究團隊,利用冷凍電鏡(cryo-EM)成像技術,首次捕捉到ExoN與摻入抗病毒藥物(包括瑞德西韋、索磷布韋和貝尼福布韋)的RNA相互作用的精細畫面。相關研究成果近期發表于《自然·通訊》和《美國國家科學院院刊》。
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楊陽表示,這些"原子級快照"清晰揭示了哪些功能基團正在發生相互作用,以及何種化學修飾可能提升現有治療方案的效力。此次成像分辨率達到了2.4埃,創下ExoN研究的新紀錄。作為參照,1埃等于一億分之一厘米,而大多數原子的寬度僅為1至3埃。
研究團隊強調,這一突破并非依賴硬件升級——數年間使用的電鏡設備基本相同,分辨率的顯著提升源于工作流程的持續優化。冷凍電鏡技術通過快速冷凍生物樣本形成無晶體的薄冰切片,再以電子束分析,從而在原子尺度上構建三維圖像。楊陽實驗室開發的新方法進一步優化了這一流程。
從應用層面看,這項研究為設計能夠逃避免疫校對機制的抗病毒藥物提供了結構基礎。當藥物分子能夠避開ExoN的識別與切除,便能在病毒RNA復制中持續發揮作用,最終提升治療效果。
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