综述：由冠状病毒结构工作组发现的与COVID-19相关的蛋白质

《Crystallography Reviews》：COVID-19 related proteins by the Coronavirus Structural Task Force

新冠病毒结构生物学研究及全球合作成果总结，包括蛋白质结构验证、药物靶点分析、疫苗开发进展及数据共享机制优化。

　　

摘要

我们撰写了一篇简短的文章，介绍了《Crystallography Reviews》期刊中关于冠状病毒结构研究的重要论文集，以此向由Andrea Thorn博士领导的“冠状病毒结构工作组”以及所有参与全球性研究、致力于获取这些蛋白质最佳三维结构描述的科学家们表达敬意。

关键词：

• COVID-19大流行
• 冠状病毒结构工作组
• SARS-CoV-1和SARS-CoV-2
• 蛋白质结构
• 药物发现
• 疫苗

1. 引言

“冠状病毒结构工作组”（https://insidecorona.net/）评估了所有SARS-CoV-1和SARS-CoV-2的蛋白质结构，但蛋白质数据银行（PDB）中存在测量、数据处理和建模方面的错误。这个由Andrea Thorn博士（当时任职于汉堡大学）领导的全球专家团队不仅使用专门的流程和专业知识评估了PDB中的这些结构，还通过《Crystallography Reviews》期刊发表了11篇关于这些蛋白质结构与功能的专题综述（[引用1–11]）。正如Gao等人所描述的（[引用12]）：“在COVID-19大流行期间，结构生物学界迅速行动起来，许多紧迫的问题通过大分子结构测定得到了解决（https://dictionary.iucr.org/Structure_determination）。除了结构生物学研究外，Andrea Thorn博士及其团队还探讨了针对该病毒的药物治疗可能性。此外，与人类细胞表面受体直接相互作用的病毒蛋白结构在病毒生命周期中经常发生突变，从而产生了不同的致病菌株。一些菌株因此能够逃避已开发的疫苗。多家制药公司因此研发出了新型疫苗。Taylor and Francis出版社将这些文章设置为开放获取。这篇简短的文章介绍了这一重要的论文集，并向“冠状病毒结构工作组”以及所有参与全球性研究的科学家们表示敬意。”

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在全球范围内开展病毒蛋白质结构研究的过程中，使用X射线、电子和中子的科学家们发挥了关键作用，他们致力于破译并理解这种新型冠状病毒（COVID-19）的分子机制（[引用13],[引用14]）。 一个重要的研究重点是病毒的主要蛋白酶（SARS-CoV-2 3CLpro），通过抑制这种蛋白酶可能成为疫苗的替代方案。Jaskolski等人也对这些结构的质量进行了深入评估（[引用15]）。 这些综述文章的审稿过程也颇具特色。作为编辑（MC）以及部分审稿报告的作者（JRH和GZ），我们要求按照IUCr《Acta Cryst F》系列专题综述的格式（[引用16],[引用17]）整理PDB数据条目的详细信息。这些统计结果显示，一些PDB模型需要更新。这在数据质量与原始研究人员快速提供病毒蛋白质结构之间形成了矛盾——这些结构对于寻找紧急医疗方案至关重要，而这场大流行最终导致全球约710万人死亡（[引用18]）。 Andrea Thorn博士及其团队回顾了他们在数据重用工作中面临的任务（[引用12]）： “如果在基础设施层面允许第三方提出关于数据存储或更正的问题，并且原作者能够快速便捷地回应或更新数据，这一工作将更加顺畅。随着我们结构生物学家在模拟大分子结构方面能力的提升，以及我们对测量和数据处理中错误的认识加深，错误将会减少，最终实现完全自动化的结构解析将成为可能。”

IUCr的生物大分子委员会、数据委员会和期刊委员会共同制定了一项政策：当描述新的生物大分子结构（或新方法）时，除了将处理后的衍射数据和模型坐标存储在PDB中并引用其doi外，还要求存档原始衍射图像（[引用19]）。

欧洲蛋白质数据银行（Protein Data Bank Europe）在其PDBe-KB COVID-19数据门户中提供了非常有用的信息（[引用20]），这些信息有助于进一步了解SARS-CoV-2病毒及其蛋白质的结构。该门户突出了PDB条目中的重要结构特征，包括所有观察到的配体结合位点和蛋白质-蛋白质相互作用残基，帮助研究人员快速识别关键结构特征，以支持治疗方法和疫苗的研发。 如上所述，作为审稿人和编辑，我们发现由于紧迫性，有时SARS-CoV-2结构研究的快速PDB数据存储和发表会导致包含微小偏差的结构被公开。几年前引入的wwPDB坐标版本更新协议有效改进了PDB中的结构。截至2026年1月，共有975个条目的坐标进行了更新，主要原因是模型完整性、配体身份、模型方向/位置和配体几何结构的问题（Jasime Young，RCSB，与JRH的私人交流）。最新的RCSB COVID-19信息可在[引用21]获取。剑桥晶体学数据中心也在其晶体结构数据库中重点介绍了与抗击COVID-19相关的分子数据（[引用22]）。

回顾疫情初期，在首例新型冠状病毒肺炎病例报告后的几周内，首个SARS-CoV-2基因组序列被公开（[引用23]）。仅仅两周后，利用大分子X射线晶体学技术解析出了该病毒的主要蛋白酶的三维结构，并将其存储在PDB中（PDB条目6lu7；[链接：https://scripts.iucr.org/cgi-bin/cr.cgi?rm=pdb&pdbId=6lu7]），一周后又发布了该结构（[引用24]）。首个刺突蛋白的冷冻电镜（CryoEM）结构也在基因组序列发布后的几周内被存储在PDB中（PDB条目6vsb；[链接：https://scripts.iucr.org/cgi-bin/cr.cgi?rm=pdb&pdbId=6vsb]）。