在COVID-19感染开始时，冠状病毒SARS-CoV-2使用其表面的尖峰样蛋白停靠在人类细胞上。刺突蛋白是疫苗开发的中心，因为它会触发人类的免疫反应。一组德国科学家，包括位于海德堡的欧洲分子生物学实验室(EMBL)，马克斯·普朗克生物物理研究所，Paul-Ehrlich-Institut和歌德大学法兰克福分校的成员，着重研究了病毒的表面结构，以获取真知灼见。它们可用于开发疫苗和有效的疗法来治疗感染的患者。

该团队结合了冷冻电子断层扫描，子层析图平均化和分子动力学模拟，以分析在自然环境中完整蛋白体上且具有接近原子分辨率的刺突蛋白的分子结构。使用EMBL的最新冷冻电子显微镜成像设备，可以生成266种约1000种不同病毒的冷冻断层图，每种病毒在其表面上平均带有40个尖峰。子图平均和图像处理与分子动力学模拟相结合，最终提供了有关这些尖峰的重要且新颖的结构信息。

结果令人惊讶：数据显示，刺突蛋白的球形部分(包含受体结合区和与靶细胞融合所需的机制)与柔性杆相连。EMBL小组负责人，马克斯·普朗克研究所(MPI)生物物理学负责人马丁·贝克解释说：“刺突的球形上部具有很好的结构，可被用于疫苗开发的重组蛋白复制。”“但是，我们关于茎的发现是新的，它将茎蛋白的球形部分固定在病毒表面。”

来自生物物理学MPI和法兰克福歌德大学生物物理学研究所的Gerhard Hummer补充说：“预计该杆非常坚固。”“但是在我们的计算机模型和实际图像中，我们发现秸秆非常灵活。”通过结合分子动力学模拟和冷冻电子断层扫描技术，研究小组确定了髋关节，膝关节和踝关节这三个关节，从而赋予了茎以灵活性。

Paul-Ehrlich-Institut小组负责人Jacomine Krijnse Locker解释说：“就像细绳上的气球一样，尖峰似乎在病毒表面上移动，因此能够搜索到与靶细胞对接的受体。” 。为了防止感染，这些尖峰被抗体靶向。但是，图像和模型还显示，整个穗蛋白(包括茎)都被聚糖链覆盖(糖样分子)。这些链提供了一种保护性外套，可隐藏中和抗体的尖峰：这是有效疫苗和药物使用过程中的另一个重要发现。