随着2020年上半年COVID-19大流行在全球蔓延，世界各地的研究人员夜以继日地开展工作，以了解和抗击疫情。
加州理工学院博士后学者克里斯托弗·巴恩斯就是这些研究人员之一。在戴维·巴尔的摩的生物学和生物工程教授帕梅拉·比约克曼的实验室里，巴恩斯通常研究人体如何产生免疫细胞和被称为抗体的特殊蛋白质，这些蛋白质可以对抗数不清的不同的HIV毒株。然而，在过去几个月里，他领导了该实验室的新冠病毒-19研究团队，并将研究艾滋病毒的技术重点重新放在新型冠状病毒上，即严重急性呼吸综合征冠状病毒2 (SARS-CoV-2)。
现在，巴恩斯和他的团队首次捕获了从COVID-19患者血浆中纯化的抗体的图像，这些抗体附着在SARS-CoV-2病毒的一种关键蛋白质上。此外，一个与该蛋白相互作用的示范性抗体的可视化使研究小组能够识别病毒表面特别容易受到免疫系统攻击的部位。一篇描述这项研究的论文将发表在《细胞》杂志上，现在可以在网上找到。
抗体和病毒的详细描述
人体可以制造数不清的抗体，一种专门针对并中和病毒或其他病原体的蛋白质。就像足球运动员可以使用多种战术来对抗对手一样，抗体也可以尝试以多种不同的方式阻止病毒。然而，有些方法比其他方法更有效。当一种抗体有效地使病毒不能感染细胞时，称为中和
巴恩斯和比约克曼正在寻找能够广泛中和"的抗体。"换句话说，他们寻找的是能够有效对抗一种病毒的多种变种的抗体，或者对于SARS-CoV-2来说，它的变异没有HIV那么大，是一种非常有效的中和抗体。
该团队与纽约市洛克菲勒大学(Rockefeller University)的长期合作者合作，该大学一直是美国COVID-19疫情的主要爆发地。Michel Nussenzweig的实验室由研究助理Davide Robbiani领导，从从COVID-19中恢复的患者身上采集血样。在收到这些等离子体后，巴恩斯和他的同事们打算从每个人的样本中分离出独特的抗体混合物，以发现哪种抗体最能抵抗SARS-CoV-2。
为了了解冠状病毒的脆弱之处，这有助于了解病毒的样子以及它是如何引发感染的。每一种SARS-CoV-2病毒的表面都有大而尖的蛋白质结构，使其具有冠状外观，因此被命名为"coronavirus" ("corona"是冠的拉丁词)。病毒用它所谓的刺突蛋白像抓钩一样抓住人类细胞并开始入侵细胞。因此，一种能够阻止S蛋白的抗体可以非常有效地阻止病毒感染细胞。
抗体可以附着在S蛋白的许多不同区域或表位上，导致或多或少的中和病毒。打个比方，如果你想防止毒蛇咬你，你可以抓住它的尾巴，这样它仍然可以攻击你，或者你可以抓住它的头部，减少你被咬的机会。
为了发现哪些表位是抗体反应的主要目标，Barnes和他的团队拍摄了纯化后的患者抗体与SARS-CoV-2 S蛋白相互作用时的详细图像。研究人员发现，患者抗体与S蛋白的两个不同区域结合，其中一个区域称为受体结合区(RBD)，它对该蛋白与宿主细胞的连接能力至关重要。
"说，据我们所知，这是第一次有研究小组用病毒感染后从人体血液中纯化的抗体混合物成像，以可视化这些抗体在病人体内循环的目标。
巴恩斯随后重点研究了一种具有极强中和病毒能力的抗体。他第一次纯化组成的一个复杂紧密相连的病毒蛋白质和抗体,然后使用了一种叫做单粒子的低温电子显微镜,拍摄图像复杂实体的过程类似于成像整个海滩,同时仍然能够确定每粒沙子的确切位置。
S蛋白的RBD可以采用两种不同的构象，即"up"和"down"构象。巴恩斯和他的同事获得了第一张SARS-CoV-2中和抗体以"up"构象与RBD结合的高分辨率图像。
巴恩斯发现，中和抗体抓住S蛋白RBD的位置与RBD的部分重叠，这部分RBD会抓住宿主细胞;通过这种方式，抗体有效地阻止S蛋白感染细胞，并中和病毒。
"疫苗的工作原理是给人体注入一片病原体，从而诱导人体产生针对该病原体的抗体，这样，任何未来的感染都不会发生。因此，疫苗需要以一种精确的方式设计，以诱导人体产生尽可能有效的抗体类型，"解释说巴恩斯。了解SARS-CoV-2病毒上哪些区域对抗体特别脆弱，这对疫苗的设计非常重要。了解哪些抗体是最有效的可以帮助我们设计更好的抗体疗法
"说，christopher的结构中特别有趣的一点是，它表明，抗体虽然具有强烈的中和作用，但并没有进化成与SARS-CoV-2 s蛋白的最佳结合。"这表明疫苗可能并不难在人体内诱导这些抗体。此外，它还建议使用蛋白质工程技术来改进这些抗体以用于治疗
是一种由中和抗体结合的SARS-CoV-2 S三聚体。Lightbox 
是一种被中和抗体结合的SARS-CoV-2 S三聚体。来源:C. Barnes / Bjorkman实验室下载完整图像科学和科学家的交集
COVID-19大流行加大了这项研究的紧迫性，但这项工作与所有科学努力一样，并不是在真空中进行的，与世界上发生的其他事件相隔离;科学家们也不能把自己与他们在实验室内外的经历完全分离开来，不管这些经历是好是坏。事实上，就在这个团队的论文被接受发表时，另一个严重的问题正困扰着许多研究人员，包括巴恩斯和他的同事们。5月25日，乔治·弗洛伊德死于明尼阿波利斯警察之手，引发了全国反对警察暴行和系统性种族主义的抗议活动。对巴恩斯来说，这是一个艰难的提醒，提醒他自己与他在世界和学术界所面临的种族歧视作斗争。
在弗洛伊德去世几天后，"巴恩斯在他的推特账户上写道:“有一天我会发关于我工作的微博。”"但今天我选择发关于乔治·弗洛伊德、阿贝里(一个在2月被枪杀的黑人)和其他所有我们无缘无故失去的兄弟的推文。# BlackLivesMatter."
我是一名科学家。我是一个黑人科学家。我从2004年起就在大学校园里，而且常常是整栋楼里唯一的非裔美国科学家。"巴恩斯说:“在我来到加州理工学院之前，我从来没有一个黑人男性导师可以让我谈论科学、种族和文化。”当你必须把自己和你的情绪划分开来时，这是一个很难驾驭的空间。我们不能只是雇佣有色人种，然后让他们离开自己的文化、经历和人性。" .这些当前的事件完美地说明了这种二元性:不得不在发表论文时向我的同事们表现出喜悦和兴奋，同时又不断地提醒我们，我们黑人必须在这个种族主义社会中生存，内心充满痛苦和悲伤
学术界，就像整个美国一样，被种族主义结构所玷污，这种结构是我们社会一切事物的基础。作为黑人科学家，我们所有的经历都受到它的影响，我们背负着这个重担，肩负着我们岗位上所期望的责任。加州理工学院生物化学教授比尔·克莱蒙斯和巴恩斯一样，也是一名结构生物学家。在巴恩斯到加州理工学院时，克莱蒙斯是他的导师。除了领导自己的团队，克莱蒙斯还担任加州理工学院总统多样性委员会的主席。巴恩斯# x27;对艾滋病病毒的研究已经足以证明他已经为教职职位做好了准备。他在新冠肺炎研究方面的迅速进展，不顾社会的种种困难，证明他将是下一代学术界的领军人物
弗洛伊德去世几天后，加州理工学院包容中心(Caltech Center for Inclusion &多样性组织(CCID)举办了一个虚拟座谈会，在座谈会上，加州理工学院的非裔和黑人社区——学生、教师和工作人员——的成员们与来自加州理工学院的近1000名观众分享了他们的一些不同的经历。克莱蒙斯和巴恩斯都参与了。这次活动是加州理工学院社区讨论和评估包容氛围的一系列项目和对话中的第一次。
"说:“分享我的故事是与同龄人展开对话的重要的第一步，这种对话很困难，我希望这种对话能在今后几年继续下去。”
加州理工学院的首席多元化官辛迪·温斯坦说:归属感是幸福、创造力和生产力的重要基础。有了这个基金会，个人和社区就能充分发挥潜力;没有它，他们就做不到。"加州理工学院致力于公平、包容和多样性，并认识到这些是体验、建立和维持归属感的支柱
事实上,在加州理工学院社区7月6日的一份备忘录中,加州理工学院# x27; s总统和学术领导提供了一个更新学院将采取新的步骤"to确保我们不断创造和重申一个很明显的校园,在我们所做的一切,黑人的寿命问题,黑人的思想问题,"包括增加资金和项目建设管道的学生,博士后,教授的颜色。
备忘录中说:“我们努力成为一个例子，说明一个致力于公平、多元包容的社会是如何让个人在完成研究院前沿研究和教育使命中茁壮成长的。”
艺术作品由比约克曼实验室开发，代表COVID的研究，以及国际社会对警察暴行的抗议。灯箱
艺术作品由Bjorkman实验室开发，代表COVID研究以及国际社会对警察暴行的抗议。图片来源:Bjorkman实验室下载一篇描述巴尼斯的论文;一项名为"的人类抗体与SARS-CoV-2穗结合的结构揭示了抗体的共同表位和反复出现的特征。巴恩斯是这项研究的第一作者。洛克菲勒大学的Bjorkman和Michel Nussenzweig是共同通讯作者。加州理工学院的合著者是高级研究专家Anthony P. West, Jr.(博士，98);研究技术员助理凯瑟琳·休伊-塔布曼;研究生马格努斯·霍夫曼;霍华德·休斯医学研究所副研究员、博士后学者Naima Sharaf;研究技术员助理Pauline Hoffman;研究技术员助理Nicholas Koranda;研究科学家哈里·格里森克(15岁博士)。其他的共同作者是来自洛克菲勒大学的Christian Gaebler、Frauke Muecksch、Julio Cetrulo Lorenzi、Shlomo Finkin、Thomas Hagglof、Arlene Hurley、Katrina Millard、Yiska Weisblum、Fabian Schmidt、Theodora Hatziioannou、Paul Bieniasz、Marina Caskey和Davide Robbiani。资金是由美国国立卫生研究院,加州理工学院的叫法转化研究所快速赠款,乔治梅森大学的霍华德•休斯医学研究所,Burroughs Wellcome基金,罗伯特·s . Wennett和马里奥Cader-Frech基金会,国家医学转化中心,促进Shapiro-Silverberg基金转化研究。
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