冠状病毒利用蛋白质“刺突”来抓住并感染细胞。尽管它们叫尖刺，但这些尖刺并不坚硬和尖锐。它们的形状像鸡腿，肉的部分朝外，肉的部分可以在细长的茎上向各个方向倾斜。事实证明，这种倾斜的能力影响了刺突感染细胞的成功程度。
现在，来自美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员，以及另外三所大学的合作者，已经获得了病毒颗粒表面完整冠状病毒刺突的高分辨率图像;发现了一个被糖分子包围的微小铰链，它可以使穗的球状“冠”在茎上弯曲;然后测量它在任何方向上可以倾斜的距离。
虽然这项研究是在导致COVID-19的冠状病毒SARS-CoV-2的一个危险小得多的表亲上进行的，但它也对COVID-19有影响，因为这两种病毒都与细胞表面的同一受体结合，从而引发感染，活力研究所的生物学家、加州大学旧金山分校的兼职助理教授金晶说，他为这项研究进行了病毒学实验。
她说，研究结果表明，禁用尖刺的铰链可能是预防或治疗多种冠状病毒感染的好方法。
研究小组还发现，每种冠状病毒颗粒在其潜在形状和尖刺的显示上都是独一无二的。有些是球形的，有些不是;有些长满了尖刺，而另一些则几乎秃顶。
斯坦福大学科学家格雷格·平蒂利(Greg Pintilie)开发了该病毒及其尖峰的详细3D模型，他说:“这些尖峰是松软的，可以四处移动，我们使用了多种工具来探索它们所有可能的角度和方向。”他说，近距离观察，每个尖峰都与其他尖峰不同，主要在于它的方向和倾斜程度。
研究小组在《自然通讯》上发表了他们的研究结果。
SLAC和斯坦福大学的教授、斯坦福大学-SLAC冷冻电镜设备的联合主任Chiu Wah说:“自大流行开始以来，大多数研究都关注的是没有附着在病毒本身上的冠状病毒刺突蛋白的结构。”“这些是这种冠状病毒毒株的尖刺仍然附着在病毒颗粒上时的第一批图像。”
这项研究源于大流行的早期，当时SLAC的研究停止了，只有旨在了解、预防和治疗COVID-19感染的工作。
由于真正的SARS-CoV-2病毒实验只能在高水平(BSL3)生物安全实验室进行，许多科学家选择使用冠状病毒家族中更良性的成员。Chiu和他的同事选择了人类冠状病毒NL63作为他们的研究对象。它导致高达10%的人类呼吸道感染，主要发生在儿童和免疫功能低下的人群中，症状从轻微的咳嗽和流鼻涕到支气管炎和哮喘病。
Chiu说，在2020年，该团队使用低温电子显微镜(cryo-EM)和计算分析以接近原子分辨率对NL63尖峰的冠进行成像。
但由于穗的茎比它的冠薄得多，他们无法同时获得清晰、高分辨率的图像。
这项研究结合了从一系列实验中收集到的信息，以获得更完整的图像。
首先，斯坦福大学研究生David Chmielewski使用低温电子断层扫描(cro - et)将从不同角度拍摄的病毒的低温电子断层扫描图像组合成100多个NL63颗粒的高分辨率3D图像。
SLAC资深科学家Michael Schmid将这些图像插入3D可视化工具，发现每个粒子的尖峰都以独特的方式弯曲。SLAC的另一位科学家陈慕源(音译)利用先进的图像重建技术绘制出了这些穗状花序的冠和柄的平均密度图。
佐治亚大学(University of Georgia)的生物化学家兰斯·威尔斯(Lance Wells)对其中一个尖刺进行了放大，他使用了一种名为质谱法的技术，以精确定位附着在尖刺上的三个相同蛋白质上的39个糖链的特定位点化学成分。
最后，亚利桑那州立大学的计算生物物理学家Abhishek Singharoy和他的学生Eric Wilson将所有这些测量结果整合到不同弯曲角度的穗冠和茎的原子模型中，并进行了进一步的模拟，以了解穗可以弯曲的距离和自由程度。
“事实证明，无论如何，尖峰的首选弯曲角度约为50度，”Chiu说，“在模拟中，它们可以向任何方向倾斜80度，这与我们的低温et实验观察结果非常吻合。”
弯曲发生在茎秆上的一个地方，就在茎冠下方，那里有一群特殊的糖分子附着在蛋白质上，形成了一个铰链。计算机模拟表明，这种铰链结构的变化会影响它的弯曲能力，实验室实验更进一步:他们表明，铰链蛋白质部分的突变使刺突的传染性大大降低。这表明，针对铰链可以提供一种对抗病毒的途径。
金说:“研究更危险的冠状病毒的人，包括MERS-CoV和SARS-CoV-2，已经确定了一个与此相当的区域，并发现了针对该区域的抗体。”“这告诉我们这是一个高度保守的关键区域，这意味着它在进化过程中基本保持不变。因此，也许通过针对所有冠状病毒的这个区域，我们可以提出一种通用的治疗方法或疫苗。”
