研究发现，冠状病毒的形状会影响其传播
摘要：科学家们已经开发出了迄今为止最精确的关于冠状病毒粒子如何旋转的模型。
现在，一个全球研究团队，包括来自加拿大皇后大学和日本冲绳科学技术研究所(OIST)的科学家，已经模拟了不同的椭圆形状如何影响这些病毒颗粒在液体中旋转的方式，影响了病毒传播的容易程度。这项研究最近发表在《流体物理学》杂志上。
图1 不同的椭圆形状如何影响这些病毒颗粒在液体中旋转的方式（图源：[1]）
OIST力学和材料部门负责人埃利奥特·弗里德教授说:“当冠状病毒颗粒被吸入时，这些颗粒会在鼻子和肺部的通道中移动。我们感兴趣的是研究它们在这些环境中的移动程度。”
图2 多种形性SARS冠状病毒粒子的低温电子显微照片（图源：[1]）
科学家模拟的特定运动类型被称为旋转扩散率，它决定了颗粒在流体中移动时的旋转速度(在冠状病毒中是唾液滴)。更光滑、流体动力更强的粒子遇到的流体阻力更小，旋转更快。对于冠状病毒颗粒来说，这种转速会影响病毒附着和感染细胞的能力。
弗里德教授解释说:“如果粒子旋转太多，它们可能没有足够的时间与细胞相互作用，从而感染细胞，如果它们旋转太少，它们可能无法以必要的方式相互作用。”
在这项研究中，科学家们模拟了旋转的长椭球和扁椭球。这些形状与球体(有三个相同长度的轴)只在其中一个轴上不同，长形有一个较长的轴，而扁形有一个较短的轴。在极端情况下，长形会拉长成棒状，而扁形会挤压成硬币状。但对于冠状病毒颗粒来说，差异更微妙。
科学家们还把这个模型做得最逼真，在椭球面上添加了尖刺蛋白。女王大学和OIST此前的研究表明，三角形刺突蛋白的存在降低了冠状病毒颗粒的旋转速度，可能会增加它们感染细胞的能力。
在这里，科学家们用一种更简单的方式模拟了刺突蛋白——每个刺突蛋白由椭球表面的一个球体代表。
OIST力学与材料部门的博士后研究员Vikash Chaurasia博士解释说:“然后，我们假设每个椭球形状的表面都包含相同的电荷，从而计算出了这些尖刺的排列。”“带有相同电荷的尖峰会互相排斥，并倾向于尽可能地远离对方。因此，它们最终以一种最小化排斥力的方式均匀分布在粒子中。”
图3 根据常规刚性珠棒理论，椭球形冠状病毒颗粒特征
在他们的模型中，研究人员发现，一个粒子与球形形状的差异越大，它的旋转速度就越慢。这可能意味着这些颗粒能够更好地排列并附着在细胞上。
研究人员承认，这个模型仍然很简单，但它让我们更接近于了解冠状病毒的传输特性，并有助于确定其感染成功的关键因素之一。
参考资料：
[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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