摘要：科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了較為精確的關(guān)于冠狀病毒粒子如何旋轉(zhuǎn)的模型。
現(xiàn)在，一個(gè)全球研究團(tuán)隊(duì)，包括來(lái)自加拿大皇后大學(xué)和日本沖繩科學(xué)技術(shù)研究所(OIST)的科學(xué)家，已經(jīng)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(zhuǎn)的方式，影響了病毒傳播的容易程度。這項(xiàng)研究近期發(fā)表在《流體物理學(xué)》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(zhuǎn)的方式（圖源：[1]）
OIST力學(xué)和材料部門(mén)負(fù)責(zé)人埃利奧特·弗里德教授說(shuō):“當(dāng)冠狀病毒顆粒被吸入時(shí)，這些顆粒會(huì)在鼻子和肺部的通道中移動(dòng)。我們感興趣的是研究它們?cè)谶@些環(huán)境中的移動(dòng)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(xué)家模擬的特定運(yùn)動(dòng)類(lèi)型被稱為旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散率，它決定了顆粒在流體中移動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度(在冠狀病毒中是唾液滴)。更光滑、流體動(dòng)力更強(qiáng)的粒子遇到的流體阻力更小，旋轉(zhuǎn)更快。對(duì)于冠狀病毒顆粒來(lái)說(shuō)，這種轉(zhuǎn)速會(huì)影響病毒附著和感染細(xì)胞的能力。
弗里德教授解釋說(shuō):“如果粒子旋轉(zhuǎn)太多，它們可能沒(méi)有足夠的時(shí)間與細(xì)胞相互作用，從而感染細(xì)胞，如果它們旋轉(zhuǎn)太少，它們可能無(wú)法以必要的方式相互作用。”
在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們模擬了旋轉(zhuǎn)的長(zhǎng)橢球和扁橢球。這些形狀與球體(有三個(gè)相同長(zhǎng)度的軸)只在其中一個(gè)軸上不同，長(zhǎng)形有一個(gè)較長(zhǎng)的軸，而扁形有一個(gè)較短的軸。在極端情況下，長(zhǎng)形會(huì)拉長(zhǎng)成棒狀，而扁形會(huì)擠壓成硬幣狀。但對(duì)于冠狀病毒顆粒來(lái)說(shuō)，差異更微妙。
科學(xué)家們還把這個(gè)模型做得很真，在橢球面上添加了尖刺蛋白。女王大學(xué)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(zhuǎn)速度，可能會(huì)增加它們感染細(xì)胞的能力。
在這里，科學(xué)家們用一種更簡(jiǎn)單的方式模擬了刺突蛋白——每個(gè)刺突蛋白由橢球表面的一個(gè)球體代表。
OIST力學(xué)與材料部門(mén)的博士后研究員Vikash Chaurasia博士解釋說(shuō):“然后，我們假設(shè)每個(gè)橢球形狀的表面都包含相同的電荷，從而計(jì)算出了這些尖刺的排列。”“帶有相同電荷的尖峰會(huì)互相排斥，并傾向于盡可能地遠(yuǎn)離對(duì)方。因此，它們以一種較小化排斥力的方式均勻分布在粒子中。”
圖3 根據(jù)常規(guī)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(fā)現(xiàn)，一個(gè)粒子與球形形狀的差異越大，它的旋轉(zhuǎn)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(xì)胞上。
研究人員承認(rèn)，這個(gè)模型仍然很簡(jiǎn)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(guān)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
摘要：科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了迄今為止較為精確的關(guān)于冠狀病毒粒子如何旋轉(zhuǎn)的模型。
現(xiàn)在，一個(gè)全球研究團(tuán)隊(duì)，包括來(lái)自加拿大皇后大學(xué)和日本沖繩科學(xué)技術(shù)研究所(OIST)的科學(xué)家，已經(jīng)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(zhuǎn)的方式，影響了病毒傳播的容易程度。這項(xiàng)研究近期發(fā)表在《流體物理學(xué)》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(zhuǎn)的方式（圖源：[1]）
OIST力學(xué)和材料部門(mén)負(fù)責(zé)人埃利奧特·弗里德教授說(shuō):“當(dāng)冠狀病毒顆粒被吸入時(shí)，這些顆粒會(huì)在鼻子和肺部的通道中移動(dòng)。我們感興趣的是研究它們?cè)谶@些環(huán)境中的移動(dòng)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(xué)家模擬的特定運(yùn)動(dòng)類(lèi)型被稱為旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散率，它決定了顆粒在流體中移動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度(在冠狀病毒中是唾液滴)。更光滑、流體動(dòng)力更強(qiáng)的粒子遇到的流體阻力更小，旋轉(zhuǎn)更快。對(duì)于冠狀病毒顆粒來(lái)說(shuō)，這種轉(zhuǎn)速會(huì)影響病毒附著和感染細(xì)胞的能力。
弗里德教授解釋說(shuō):“如果粒子旋轉(zhuǎn)太多，它們可能沒(méi)有足夠的時(shí)間與細(xì)胞相互作用，從而感染細(xì)胞，如果它們旋轉(zhuǎn)太少，它們可能無(wú)法以必要的方式相互作用。”
在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們模擬了旋轉(zhuǎn)的長(zhǎng)橢球和扁橢球。這些形狀與球體(有三個(gè)相同長(zhǎng)度的軸)只在其中一個(gè)軸上不同，長(zhǎng)形有一個(gè)較長(zhǎng)的軸，而扁形有一個(gè)較短的軸。在極端情況下，長(zhǎng)形會(huì)拉長(zhǎng)成棒狀，而扁形會(huì)擠壓成硬幣狀。但對(duì)于冠狀病毒顆粒來(lái)說(shuō)，差異更微妙。
科學(xué)家們還把這個(gè)模型做得很真，在橢球面上添加了尖刺蛋白。女王大學(xué)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(zhuǎn)速度，可能會(huì)增加它們感染細(xì)胞的能力。
在這里，科學(xué)家們用一種更簡(jiǎn)單的方式模擬了刺突蛋白——每個(gè)刺突蛋白由橢球表面的一個(gè)球體代表。
OIST力學(xué)與材料部門(mén)的博士后研究員Vikash Chaurasia博士解釋說(shuō):“然后，我們假設(shè)每個(gè)橢球形狀的表面都包含相同的電荷，從而計(jì)算出了這些尖刺的排列。”“帶有相同電荷的尖峰會(huì)互相排斥，并傾向于盡可能地遠(yuǎn)離對(duì)方。因此，它們以一種較小化排斥力的方式均勻分布在粒子中。”
圖3 根據(jù)常規(guī)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(fā)現(xiàn)，一個(gè)粒子與球形形狀的差異越大，它的旋轉(zhuǎn)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(xì)胞上。
研究人員承認(rèn)，這個(gè)模型仍然很簡(jiǎn)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(guān)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
