这种抗体是一种微小的y形蛋白质，是人体对抗包括病毒在内的病原体的主要武器之一。弗雷德·哈奇(Fred Hutch)的研究小组从一名华盛顿州患者的血液样本中分离出了这种抗体。

这个由dr。Leo Stamatatos、Andrew McGuire和Marie Pancera此前曾报道，在患者自然产生的数十种不同抗体中，这种被称为CV30的抗体比任何竞争对手的效力都强530倍。

利用高能物理学衍生的工具，哈奇结构生物学家Pancera和她的博士后研究员Nicholas Hurlburt博士现在绘制了CV30的分子结构。他们和他们的同事今天在该杂志的网站上发表了他们的研究结果自然通讯。

他们的研究成果是一组由电脑生成的3D图像，在未经训练的人看来，这些图像就像一团杂乱无章的面条。但对科学家来说，它们展示了构成抗体、冠状病毒刺突和刺突在人体细胞上的结合位点的关键表面结构的蛋白质的精确形状。这些模型描述了这些结构是如何像3D拼图一样组合在一起的。

“我们的研究表明，这种抗体通过两种机制中和病毒。一种是它与病毒在人类细胞上的目标位点重叠，另一种是它诱导部分刺突脱落或与其余部分分离，”Pancera说。

在抗体的复杂结构的表面上，每个柔软的y形臂的尖端上都有一个点。这个无限小的分子块可以整齐地伸展到冠状病毒刺突上的一个点上，这个点就像一个抓钩一样，可以抓住人类细胞的对接点。

这些钩子的目标是ACE2受体，这是一种存在于人类肺组织和血管细胞表面的蛋白质。但如果CV30抗体覆盖了这些挂钩，冠状病毒就不能轻易与ACE2受体对接。它感染细胞的能力减弱了。

这种非常有效的抗体不仅会堵塞冠状病毒刺突的末端，而且显然会导致该刺突的一部分(称为S1)被剪切掉。哈奇研究人员McGuire和他的实验室团队进行了一项实验，表明在这种抗体存在的情况下，抗体结合随着时间的推移而减少，这表明S1部分从刺突表面脱落。

S1蛋白在帮助冠状病毒进入细胞中起着至关重要的作用。研究表明，在刺突与ACE2受体初次接触后，S1蛋白像门一样摆动，帮助病毒与捕获的细胞表面融合并滑进去。一旦进入细胞，病毒就会劫持其基因和蛋白质制造机制的组成部分，制造出自身的多个副本，最终释放出来感染其他目标细胞。

抗体的体积之小令人难以理解。这些蛋白质是如此之小，它们看起来就像蚊子围着病毒一样，而病毒的结构只有用最强大的显微镜才能看到。Pancera团队关注的抗体蛋白尖端的微小分子特征以纳米(十亿分之一米)为单位进行测量。

然而，结构生物学家配备了合适的工具，现在可以建立这些蛋白质的精确3D图像，推断出这些结构的各个部分是如何像拼图一样匹配的，甚至可以动画化它们的相互作用。

Fred Hutch结构生物学家开发了一种抗体的3D图像，这种抗体从一名早期COVID-19幸存者的血液中提取，有效地中和了冠状病毒。

尼古拉斯·赫尔伯特博士帮助制作了这些图像，他讲述了这段简短的视频，展示了这种抗体如何与冠状病毒的臭名昭著的尖峰相互作用，阻止它们与人类细胞上的受体结合的能力，否则这些受体就会成为感染的门户。

建立这些纳米级蛋白质模型的关键是使用x射线晶体学。结构生物学家通过用极强的x射线照射这些分子的冷冻结晶样品来确定蛋白质的形状。最强大的x射线来自一种叫做同步加速器光源的巨大仪器。同步加速器诞生于20世纪30年代的原子粉碎实验，它是一圈巨大的强力磁铁，用于加速环形轨道上的电子流，速度接近光速。同步加速器非常昂贵，只有政府才能建造和操作它们。世界上只有40只。

Pancera的工作使用了位于芝加哥附近的阿贡国家实验室的先进光子源同步加速器，该实验室由芝加哥大学和美国能源部共同运营。阿贡的环直径1200英尺，坐落在80英亩的土地上。

当电子在同步加速器环周围旋转时，它们会释放出非常强大的x射线——比太阳亮得多，但发出的光束比针尖还小。

来自世界各地的结构生物学家依靠这些明亮的x射线光束来照亮冷冻的蛋白质晶体。这些明亮的光束在穿过分子时弯曲的方式揭示了它们的结构。需要强大的计算机将这些同步加速器实验的数据转换成蛋白质的图像，最终由结构生物学家完成。

弗雷德·哈奇团队对CV30的研究建立在其他结构生物学家的基础上，这些生物学家正在研究一个不断增长的抗冠状病毒的强效中和抗体家族。大多数冠状病毒候选疫苗的目标是刺激和训练免疫系统产生类似的中和抗体，这些抗体可以将病毒识别为入侵者，并在COVID-19感染发生之前阻止它们。

来自康复的COVID-19患者血液中的中和抗体也可能被注入感染患者体内，这是一种被称为恢复期血浆治疗的实验性方法。捐献的血浆含有多种不同的抗体，它们的效力各不相同。虽然曾经被认为很有希望，但最近的研究对其有效性提出了质疑。

然而，制药公司正在试验可以在实验室中培养的强效中和抗体的组合。这些“单克隆抗体鸡尾酒”可以在工业规模上生产，通过输注给感染患者或作为预防感染的药物给药。特朗普总统在感染新冠病毒后，接受了生物技术公司Regeneron正在进行临床试验的实验性单克隆抗体药物，他将自己的快速康复归功于先进的治疗。

弗雷德·哈奇的研究小组对他们发现的蛋白质CV30可能被证明对预防或治疗COVID-19有用抱有希望。为了找到答案，这种抗体，以及他们的团队正在研究的其他候选蛋白质，需要在临床前进行测试，然后进行人体试验。

“现在说它们有多好还为时过早，”Pancera说。

这项工作得到了弗雷德·哈奇COVID-19研究基金的捐款支持。