在月球上,四通八達的公路,鱗次櫛比的樓宇,還有山川湖泊、花草蟲魚,等等這一切構成了目前我們人眼所認知的宏觀世界。
而倘若將宏觀世界放大一萬倍乃至十萬倍,那在我們眼里呈現的將是一個完全不同的“新世界”,生活在這個世界的“土著市民”我們稱之為病毒。
MERS-CoV
像我們人類以唇色分為了不同顏色人種,病毒也有種類之分,其主要分為DNA病毒和RNA病毒。
DNA病毒須要突破層層防線最終步入到生物細胞核,之后將自身的遺傳物質偷摸地與生物DNA結合,并急劇進行轉錄。
圖源:
上圖是甲型腦炎病毒復制的簡化版本:病毒步入細胞后;外膜消融;病毒的環狀DNA步入細胞核;創建了CCC-DNA;再轉錄為RNA;RNA被包裝進一個新的衣殼中;形成了新病毒;病毒離開細胞。
而RNA病毒則不須要步入到細胞核,它們只要潛入到細胞中就達到了目的,由于它們可以仿造生物體內的信使RNA來指導自身所需的蛋白酶和幾種結構蛋白質進行轉錄。
例如2019年出現的新型冠狀病毒(COVID-19)就屬于RNA病毒,這也是所有RNA病毒中最大的一種細胞膜結構圖,這個家族成員還包括知名的SARS病毒、MERS病毒等,它們都屬于冠狀病毒。
為了對抗這種病毒,我們首先就得要了解它們,但因為我們人眼難以直接看見病毒的真容,所以只能依靠電子顯微鏡。
這么這種病毒在電鏡下是一幅哪些模樣呢?
在前不久,知名刊物《柳葉刀》上發布了2019新型冠狀病毒的電鏡高清合照,看起來有點細嫩,表面還有許多圓錐形的凸起,雖然這也是冠狀病毒的名稱來歷,看起來像是一個個小皇冠。
圖源:The
不過,不僅這些電鏡直出的偽彩色相片之外,還有人通過彩繪將電鏡下的病毒畫了下來,例如下邊這幅冠狀病毒的插畫。
圖源:RCSB蛋白質數據庫
這幅圖勾勒了冠狀病毒剛步入肺臟時的情況,在它的周圍有呼吸細胞分泌的粘液、抗體和幾種大型的免疫系統蛋白。
而病毒則被一圈膜給包裹著,該膜包含S(spike)蛋白、M()蛋白、E()蛋白和N()蛋白。
其中S蛋白也叫刺突,主要是為了黏附在細胞膜表面并幫助病毒步入到細胞內部;
M蛋白是病毒步入細胞后的又一層偽裝,它可以參與內部核蛋白的組織;
E蛋白是一個與病毒發芽有關的膜通道;
在病毒的內部包含著許多拷貝的N蛋白,它們與冠狀病毒的基因組RNA所結合。(對應位置如右圖)
看完以后,可能有同學會疑慮,這種病毒的結構真的是正確的嗎?
這兒就不得不說一下這幅畫的作者DavidS.,他是一名估算生物學家和科學插畫師。
自1月27日開始,就開始著手勾畫冠狀病毒的第一張草圖,因為他最看重的還是對科學事實的真實還原,因而,在他創作期間,參照了電子顯微鏡相片,并利用x射線晶體學、生物計算機模擬等方式,來充分了解病毒分子之間的空間結構和它們彼此之間的關系。
不過目前對于新型冠狀病毒的研究資料不是好多,所以更多地是參照了SARS病毒。冠狀病毒似乎有許多共同點,最直觀的就是它們的外型,而不同之處在于膜上那幾種蛋白,由于它們都具有自身獨到的蛋白質結構。
在SARS爆發后,生物學家找出了其中幾種蛋白結構,并通過RCSB蛋白質數據庫(PDB)共享了這種結構,于是參照這種蛋白質結構開始勾畫冠狀病毒彩繪。
經過幾天的勤于研究,完成了線稿并為之添加了顏色,盡管病毒本身不是彩色的,但艷麗的色調才能挺好的對它們的結構加以分辨。
但是考慮到分子的結構本身早已十分復雜了,為了防止太過“花里胡哨”,盡可能地讓書法風格愈發簡單:例如呈粉綠色的刺突蛋白,呈淡黃色的核衣殼,還有呈淡青色的粘液背景,可謂病毒中的“曼陀羅”。
不僅這幅冠狀病毒畫作,還有許多其他的插畫作品,例如他之前勾畫的埃博拉病毒橫切面結布光。
這幅圖描畫了埃博拉病毒的結構,在最外邊被一層膜所包裹(粉藍色部份),里面散播著許多埃博拉糖蛋白(深紅色部份,看上去好似是生長在膜上的大樹)。
圖源:
上面有一層基質蛋白(紅色部份)在內部支撐著外部的膜,并固定中心的圓錐形核殼(淺紅色部份),這兒面就儲存著病毒的RNA基因組。
還有各類HIV病毒繪圖。
例如下邊這幅圖顯示了正遭到免疫系統功擊的HIV(左上方的藍色圓球)細胞膜結構圖,在其表面,小的Y型抗原正與之結合。
以及未成熟的HIV病毒和成熟的HIV病毒。
右圖是處于發芽后但未完全成熟的HIV病毒,其中Gag結構蛋白呈淺粉藍色,其他病毒蛋白(調控蛋白、輔助蛋白)呈洋紫色,RNA呈紅色,細胞蛋白呈紅色,tRNA呈紅色。
未成熟的hiv病毒
這幅畫描畫了成熟的HIV病毒顆粒,包括紅色的Gag結構蛋白,洋紫色病毒酶,紅色的輔助蛋白和紅色的病毒RNA。另外寄主蛋白和tRNA以紅色顯示。
成熟的hiv病毒
借助彩繪將原先單調昏暗的病毒,弄成了一幅幅生動漂亮的畫作。
這種畫作也遭到了廣泛好評,并數次登上了知名刊物的封面圖,還制成了教育繪本。
甚至還被學術大會直接弄成了LOGO:
“逆轉錄病毒和機會性感染大會”網站(CROI)
說實話,看完這種美麗的病毒書法不禁在想,假如它們沒有那么致命的話,那真的也太美了!(不過似乎更多的還是畫的太好看了)