研究發現，冠狀病毒的形狀會影響其傳播
摘要：科學家們已經開發出了迄今為止最精確的關于冠狀病毒粒子如何旋轉的模型。
現在，一個全球研究團隊，包括來自加拿大皇后大學和日本沖繩科學技術研究所(OIST)的科學家，已經模擬了不同的橢圓形狀如何影響這些病毒顆粒在液體中旋轉的方式，影響了病毒傳播的容易程度。這項研究最近發表在《流體物理學》雜志上。
圖1 不同的橢圓形狀如何影響這些病毒顆粒在液體中旋轉的方式（圖源：[1]）
OIST力學和材料部門負責人埃利奧特·弗里德教授說:“當冠狀病毒顆粒被吸入時，這些顆粒會在鼻子和肺部的通道中移動。我們感興趣的是研究它們在這些環境中的移動程度。”
圖2 多種形性SARS冠狀病毒粒子的低溫電子顯微照片（圖源：[1]）
科學家模擬的特定運動類型被稱為旋轉擴散率，它決定了顆粒在流體中移動時的旋轉速度(在冠狀病毒中是唾液滴)。更光滑、流體動力更強的粒子遇到的流體阻力更小，旋轉更快。對于冠狀病毒顆粒來說，這種轉速會影響病毒附著和感染細胞的能力。
弗里德教授解釋說:“如果粒子旋轉太多，它們可能沒有足夠的時間與細胞相互作用，從而感染細胞，如果它們旋轉太少，它們可能無法以必要的方式相互作用。”
在這項研究中，科學家們模擬了旋轉的長橢球和扁橢球。這些形狀與球體(有三個相同長度的軸)只在其中一個軸上不同，長形有一個較長的軸，而扁形有一個較短的軸。在極端情況下，長形會拉長成棒狀，而扁形會擠壓成硬幣狀。但對于冠狀病毒顆粒來說，差異更微妙。
科學家們還把這個模型做得最逼真，在橢球面上添加了尖刺蛋白。女王大學和OIST此前的研究表明，三角形刺突蛋白的存在降低了冠狀病毒顆粒的旋轉速度，可能會增加它們感染細胞的能力。
在這里，科學家們用一種更簡單的方式模擬了刺突蛋白——每個刺突蛋白由橢球表面的一個球體代表。
OIST力學與材料部門的博士后研究員Vikash Chaurasia博士解釋說:“然后，我們假設每個橢球形狀的表面都包含相同的電荷，從而計算出了這些尖刺的排列。”“帶有相同電荷的尖峰會互相排斥，并傾向于盡可能地遠離對方。因此，它們最終以一種最小化排斥力的方式均勻分布在粒子中。”
圖3 根據常規剛性珠棒理論，橢球形冠狀病毒顆粒特征
在他們的模型中，研究人員發現，一個粒子與球形形狀的差異越大，它的旋轉速度就越慢。這可能意味著這些顆粒能夠更好地排列并附著在細胞上。
研究人員承認，這個模型仍然很簡單，但它讓我們更接近于了解冠狀病毒的傳輸特性，并有助于確定其感染成功的關鍵因素之一。
參考資料：
[1]M. A. Kanso, M. Naime, V. Chaurasia, K. Tontiwattanakul, E. Fried, A. J. Giacomin. Coronavirus pleomorphism. Physics of Fluids, 2022; 34 (6): 063101 DOI: 10.1063/5.0094771
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