病毒是一种高效传递遗传物质的微型机器。这些传染性病原体的形状、大小各不相同，直径大多在十到几百纳米之间。针对不同的病原体大小，电子显微镜等分析技术可为诊断、治疗和疫苗开发提供宝贵的信息。
例如，透射电子显微镜技术通常用于在诊断环境下快速检测和识别病毒。电子显微镜是病毒学研究的前沿技术，除用于病毒诊断外，还可用于病毒结构和发病机制的研究，其中冷冻电镜（cryo-EM）可达近原子级分辨率。
冷冻电镜在病毒学研究中的强大之处
使用冷冻电子显微镜技术进行成像不需要常规的负染色或化学固定步骤，因为样品是在天然状态下快速冷冻。冷冻电镜技术包括多项能够对病毒结构、病毒蛋白和病毒-抗体免疫复合物进行 3D 成像的技术。其中， 单颗粒分析技术 能够确定冠状病毒"刺突"蛋白等大分子复合物的高分辨率结构。被称为 冷冻电子断层扫描 的冷冻电子断层扫描技术可在更广泛的细胞环境下提供结构信息，例如细菌内的病毒组装。
准备迎击下一个重大病毒
毋容置疑，病毒将持续演变，并可能为我们的世界带来毁灭性影响。要将病毒的影响降至最低，需要洞悉病毒的特性和结构，制定治疗和预防措施。
冷冻电镜在病毒形态学研究上的应用已有 20 多年的历史，已成功解析了寨卡病毒（Zika）、埃博拉病毒（Ebola）、人类免疫缺陷病毒（HIV）和冠状病毒等的结构。冷冻电镜技术能提供近原子级分辨率的信息，这些信息对于更好地了解抗体-抗原相互作用背后的分子机制来说至关重要。实际上，冷冻电镜技术解析的结构越来越多地用于蛋白表位作图，以确定特异性结合位点。这些迭代研究有助于了解抗体突变，从而更快地发现和开发特异性和效果更强的疫苗或抗病毒治疗方法。
研究专栏
，三聚体的三个亚基
以红色、绿色和蓝色显示，糖基化以黄色显示。
图像由 PDB 数据（6VSB）创建。
采用冷冻电镜技术在原子尺度上研究冠状病毒
随着全球共同对抗 COVID-19 疾病大流行，研究人员已使用电子显微镜技术（尤其是冷冻电镜）加深了我们对 SARS-CoV-2 病毒的了解。2020 年 1 月，作为北京中国疾病控制中心一部分的国家病毒性疾病控制和预防研究所 (NIVDC) 首次使用 Thermo Scientific 120kV 透射电镜直接对人类细胞中的新型冠状病毒进行了成像。2 月，冷冻电镜研究人员使用 Thermo Scientific Krios cryo-TEM 确定了 SARS-CoV-2 刺突蛋白的结构及其感染过程中的细胞受体。研究人员已经公布了他们使用冷冻电镜技术解析的病毒结构。通过快速解析冠状病毒刺突蛋白的结构，研究人员根据这些结果开发了疫苗，该疫苗在 2020 年 3 月进入 1 期临床试验。此后，全球越来越多的研究小组使用冷冻电镜技术来深入理解 SARS-CoV-2，协助开发疫苗、抗病毒药物和中和性抗体。
以下是在其它病毒学研究中成功应用冷冻电镜技术的示例，这些示例凸显了该技术可为研究人员提供更多信息。
冷冻电镜在寨卡病毒研究领域的应用
寨卡病毒最初通过蚊子或壁虱进行传播，因为可通过母婴传播导致了一系列新生儿发育和神经缺陷，引起人们的广泛关注。 普渡大学的研究人员采用冷冻电镜技术以 3.1 Å 的分辨率解析了整个病毒颗粒的结构；该结果意义重大，因为该家族中的病毒在较低分辨率下看起来完全相同。 这些研究结果促进了两种潜在疫苗的开发，目前已处于人体试验阶段。
冷冻电镜在埃博拉病毒研究中的应用
埃博拉病毒极具传染性并通常是致命的，该病毒的爆发将导致灾难性的后果。尽管该病毒非常危险，但是到目前仍未开发出针对这种疾病的有效治疗方法。 鉴于该病毒研究的固有危险性，研究人员将研究重心放在病毒的组分上，这有望加快治疗方法和疫苗的开发速度。例如，日本冲绳科学技术研究所（OIST）的研究人员以近原子分辨率确定了核衣壳蛋白组装体的结构（其中包含病毒遗传物质）。了解埃博拉病毒的这一组分将有助于研究人员更准确地发现这种致命性疾病的机制和传播。
冷冻电镜在HIV病毒研究中的应用
作为逆转录病毒，HIV 将其遗传物质的一个副本引入到宿主 DNA 中，劫持细胞的机制来制造更多的自身副本。研究主要集中在阻止病毒与宿主细胞发生初始结合以及将其遗传物质整合到宿主 DNA 上。哈佛医学院的研究人员利用冷冻电镜技术解析了融合蛋白复合物的结构，据悉这种复合物可引发病毒与宿主细胞的结合。 通过充分认识这一结构，可针对抑制该复合物的结合机理开发有效的治疗方法。
病毒研究示例：使用 60°C 热净化解决方案加速您的病原体研究
Thermo Scientific Krios G4 冷冻透射电子显微镜（冷冻透射电镜）为您的实验室提供全新的 60°C 热净化功能。该附件可在更高生物安全级别的封闭设施（例如 BSL3）中进行病原体研究和综合仪器服务，让您可以帮助世界变得更清洁、更安全和更健康。
拉霍亚免疫学研究所的 Erica Ollmann Saphire 教授讨论了冷冻电镜如何成为了解从埃博拉病毒到 SARS-CoV-2 的一系列病毒结构的赢家，从而为药物和疫苗开发提供见解。
Jason McLellan 教授与美国国家卫生研究院的合作者一起回答有关刺突蛋白结构、冷冻电镜和疫苗试验方面的问题。视频拍摄于 2020 年 3 月，由德克萨斯大学奥斯汀分校友情提供。
冷冻电子显微镜技术（cryo-EM）正帮助研究人员确定冠状病毒刺突蛋白的结构——帮助开发预防病毒感染的策略。
基于 SARS-CoV-2 结构的抗病毒药物设计
注册观看我们录制的网络讲座，主题：冷冻电镜解析 RNA 复制/转录和受体识别等关键分子过程的结构基础的最新研究进展；主讲人：上海科技大学王权博士、西湖大学鄢仁鸿博士。
使用冷冻电镜技术进行病毒学研究和疫苗设计
注册观看我们录制的网络讲座，主题：冷冻电镜技术在抗击病毒（包括近期爆发的 COVID-19）中的应用；主讲人：赛默飞世尔科技 Jeff Lengyel 博士。基于冷冻电镜技术的蛋白结构研究成果已应用于病毒学研究和疫苗设计。
使用冷冻电镜技术设计新一代 HIV 疗法
注册观看我们录制的网络讲座，主题：如何抑制 HIV 将其基因组整合到宿主 DNA 中以及如何使用冷冻电镜技术进行基于结构的药物设计研究，帮助抗击全球 HIV 流行；主讲人：Dmitry Lyumkis 教授，索尔克生物研究所 。
Cryo-EM for virology and vaccine design
Register to watch our recorded webinar from Dr. Jeff Lengyel, Thermo Fisher Scientific, on how cryo-electron microscopy has been used against viruses even the recent COVID-19 outbreak. Cryo-EM protein structure-based research has led to applications in virology and vaccine design.
Using cryo-EM for designing next-gen therapeutics against HIV
Register to watch our recorded webinar from Prof. Dmitry Lyumkis, Salk Institute for Biological Studies, on how HIV’s ability to integrate its genome into host DNA is vulnerable to inhibition and how cryo-EM studies for structure-based drug design can help combat global HIV epidemic.
应用冷冻电镜技术研究SARS-CoV-2病毒的精选论文
SARS-CoV-2 结构性蛋白和受体的研究
Wrapp, D. 等人Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation.Science (2020). doi:10.1126/science.abb2507
Yan, R. 等人Structural basis for the recognition of the SARS-CoV-2 by full-length human ACE2.Science (2020). doi:10.1126/science.abb2762
Walls, A. C. 等人Structure, Function, and Antigenicity of the SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein.Cell (2020). doi:10.1016/j.cell.2020.02.058
SARS-CoV-2 非结构蛋白研究
Gao, Y. 等人Structure of the RNA-dependent RNA polymerase from COVID-19 virus.Science (2020). doi:10.1126/science.abb7498
Yin, W. 等人Structural basis for inhibition of the RNA-dependent RNA polymerase from SARS-CoV-2 by remdesivir.Science (2020). doi:10.1126/science.abc1560
Hillen, H. S. 等人Structure of replicating SARS-CoV-2 polymerase.Nature (2020). doi:10.1038/s41586-020-2368-8
Wang, Q. 等人Structural basis for RNA replication by the SARS-CoV-2 polymerase.Cell (2020). doi:10.1016/j.cell.2020.05.034
SARS-CoV-2 中和抗体研究
Cao, Y. 等人Potent neutralizing antibodies against SARS-CoV-2 identified by high-throughput single-cell sequencing of convalescent patients’ B cells.Cell (2020). doi:10.1016/j.cell.2020.05.025
Pinto, D. 等人Cross-neutralization of SARS-CoV-2 by a human monoclonal SARS-CoV antibody.Nature (2020). doi:10.1038/s41586-020-2349-y
拉霍亚免疫学研究所的 Erica Ollmann Saphire 教授讨论了冷冻电镜如何成为了解从埃博拉病毒到 SARS-CoV-2 的一系列病毒结构的赢家，从而为药物和疫苗开发提供见解。
Jason McLellan 教授与美国国家卫生研究院的合作者一起回答有关刺突蛋白结构、冷冻电镜和疫苗试验方面的问题。视频拍摄于 2020 年 3 月，由德克萨斯大学奥斯汀分校友情提供。
冷冻电子显微镜技术（cryo-EM）正帮助研究人员确定冠状病毒刺突蛋白的结构——帮助开发预防病毒感染的策略。
基于 SARS-CoV-2 结构的抗病毒药物设计
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Gao, Y. 等人Structure of the RNA-dependent RNA polymerase from COVID-19 virus.Science (2020). doi:10.1126/science.abb7498
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Hillen, H. S. 等人Structure of replicating SARS-CoV-2 polymerase.Nature (2020). doi:10.1038/s41586-020-2368-8
Wang, Q. 等人Structural basis for RNA replication by the SARS-CoV-2 polymerase.Cell (2020). doi:10.1016/j.cell.2020.05.034
SARS-CoV-2 中和抗体研究
Cao, Y. 等人Potent neutralizing antibodies against SARS-CoV-2 identified by high-throughput single-cell sequencing of convalescent patients’ B cells.Cell (2020). doi:10.1016/j.cell.2020.05.025
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