这一年,化学界的大事件崔屹游书力饶

　　刚刚过去的年，化学界发生了这些大事……在刚刚过去的年，注定是人类历史上不平凡的一年。在过去人们的想象中，是科幻的的象征。在各种科幻作品中，人类的各种科技突破都发生在年代，星际旅行，时空穿越，外星人到访，星际殖民等等等等……然而，让人们万万没有想到的是，与人们一起迎接年的尽然是一场突如其来的新冠病毒疫情。新冠病毒的肆虐深刻改变了世界各地人们的生产生活，改变了很多人的命运。同时也改变了化学界的研究风向。在年年底，CEN总结了年化学界的主要突破，其中最为重要的莫过于对新冠病毒的研究。

1.冠状病毒研究在年占主导地位(Coronavirusresearchdominated)

在年12月11日，AnhvinhDoanvo和MaimunaMajumder团队利用人工智能和机器学习技术对相关文献数据库中海量已发表文章的摘要进行分析，汇总分析了截止年8月份新冠病毒与其他类型冠状病毒相关研究的相对比例。结果发现，在被分析的时间段内，对于新冠病毒的研究报道的数量急剧增加，研究热度远远超过对其他类型冠状病毒的研究：同时，统计分析结果表明，迄今为止，与其他（非COVID-19）冠状病毒疾病实验室驱动的研究相比，COVID-19研究主要基于临床及模型领域。此外，有关新冠病毒的研究侧重于公共卫生，暴发报告，临床护理和冠状病毒检测，而针对基础微生物学（包括发病机理和传播）的研究则相对较少。该工作以题为“MachineLearningMapsResearchNeedsinCOVID-19Literature”发表在《Pattern》上。2.四篇Science加一片Nature子刊，揭示新冠病毒结构的秘密

1月10日新冠病毒的遗传编码被发布后，结构生物学家迅速采取行动，了解了该病毒蛋白质的三维结构。对于病毒蛋白质外壳三维结构信息的分析不仅可以让人们理解病毒在分子水平上的致病机理，同时对于药物，疫苗的研发以及抗体疗法的实施都具有指导意义。其中新冠病毒的刺突蛋白是药物，疫苗和抗体作用的关键靶点。年3月13日，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的JasonMcLellan教授团队使用冷冻电镜(Cryo-EM)技术解析了新冠病毒SARS-CoV-2的刺突蛋白结构。研究结果提供了新冠病毒相比于其他冠状病毒对血管紧张素转换酶2具有更高结合能力的生物物理及结构证据。同时对于传统冠状病毒具有很好治疗效果的抗体与新冠病毒刺突蛋白的结合效果很差，这在一定程度上限制了目前抗体疗法对于新冠肺炎的治疗。该工作以题为“Cryo-EMstructureofthe-nCoVspikeintheprefusionconformation”发表于《Science》上。

病毒入侵细胞需要刺突蛋白的帮助。进入细胞后发挥作用则需要更多其他蛋白组分的功能。例如进入细胞后病毒需要RNA聚合酶和各类蛋白酶辅助病毒的复制。年3月15日，清华大学和上海科技大学的饶子和院士，娄智勇教授和王权教授等联合研究团队使用冷冻电镜技术解析了新冠病毒的RNA聚合酶结构。并解析了病毒RNA聚合酶与药物瑞德西韦的作用模式。新冠病毒的聚合酶结构域采用病毒聚合酶家族的保守结构，包含三个子结构域分别为fingers子域，palm子域和thumb子域。该研究以题为“StructureoftheRNA-dependentRNApolymerasefromCOVID-19virus”发表于《Science》上。

年4月24日，德国吕贝克大学RolfHilgenfeld研究团队解析了主蛋白酶结构并分析了该蛋白酶与α-酮酰胺抑制剂的作用模式。基于解析得到的珠蛋白酶结构优化得到的抑制剂药代动力学特征显示出明显的肺向性并适用于吸入给药。这一工作使结构分析指导药物设计的目标更近了一步。该工作以题为“CrystalstructureofSARS-CoV-2mainproteaseprovidesabasisfordesignofimprovedα-ketoamideinhibitors”发表在《Science》上。

为了研究新冠病毒的抗原性，年3月8日，美国斯克里普斯研究所的NicholasC.Wu团队解析了一种从恢复期SARS患者的体内分离得到的中性抗原CR与新冠病毒刺突蛋白的结合模式。结构显示，在复合物中，CR位于新冠病毒刺突蛋白高度保守的表位，并远离受体结合位点。结构模型进一步表明，只有当三聚体刺突蛋白上的至少两个受体结合域呈“up”构型并稍微旋转时，CR才能进入结合表位。该结果以题为“AhighlyconservedcrypticepitopeinthereceptorbindingdomainsofSARS-CoV-2andSARS-CoV”发表于《Science》上。

年12月，美国MIT的MeiHong团队使用固体核磁技术研究了新冠病毒包膜蛋白E的结合及药物结合位点的特征。在模拟内质网-高尔基中间室膜的脂质双层中，E跨膜蛋白域（ETM）形成围绕狭窄孔的五螺旋束。由于三个苯丙氨酸残基堆积在每个螺旋内以及螺旋之间，因此其结构偏离了理想的α螺旋几何形状。该结构为设计抑制剂作为抗病毒药物奠定了基础。文章以题为“StructureanddrugbindingoftheSARS-CoV-2envelopeproteintransmembranedomaininlipidbilayers”发表于《NatureStructuralMolecularBiology》上。

除了这几项具有重要指导意义的研究之外，在新冠病毒数据库中还有更多的蛋白结构数据。但是这些数据对于指导人们开发合理药物和疫苗等还远远不够，期待接下来的研究能进一步充实该数据库，并指导人们早日战胜新型冠状病毒。

3.不可思议，化学界对口罩的研究达到顶峰

随着新冠病毒的肆虐，亚洲国家的人们迅速戴上了口罩以阻止病毒的传播，但其他地方的人们在这方面的行动迟缓了很多。欧美的公共卫生官员认为，他们对SARS-CoV-2的传播方式还不甚了解，并担心鼓励人们购买口罩可能会导致卫生保健工作者短缺。然而，在几个月内，人们对实际效果的观察和实验室测试，以及美国疾控中心CDC的报告(Morb.Mortal.Wkly.Rep.,DOI:10./mmwr.mme2and10./mmwr.mme1)均显示，佩戴口罩确实有助于减缓疾病的传播。美国疾病预防控制中心确认，佩戴口罩减少了人们呼气时释放的含病毒的飞沫数量，也可以最大程度地减少飞沫的吸入。

为了帮助人们找到或缝制最有效的可重复使用的口罩，芝加哥大学和阿贡国家实验室的SupratikGuha研究团队试图确定最佳的可用于制作口罩的面料。研究结果显示，使用多层棉-丝，棉-雪纺以及棉-绒布的多层组合的方式可阻挡80%小于nm的飞沫颗粒以及90%大于nm的飞沫颗粒。同时研究发现，如果口罩和脸型不匹配造成的间隙可能会减少60%的过滤效率。该研究结果以题为“AerosolFiltrationEfficiencyofCommonFabricsUsedinRespiratoryClothMasks”发表在《ACSNano》上。同时LancetMicrobe杂志上的一篇报告指出，新冠病毒在口罩外层的存活时间大概为7天，因此，人们需要时常更换口罩(LancetMicrobe,DOI:10./S-(20)03-3)。

同时该团队以题为“ResponsetoLetterstotheEditoronAerosolFiltrationEfficiencyofCommonFabricsUsedinRespiratoryClothMasks:RevisedandExpandedResults”在《ACSNano》上对研究结果做了进一步拓展。

斯坦福大学YiCui团队发现，在自制口罩内添加由面巾纸制成的一次性过滤器可获得更好的效果。并将结果以题为“HouseholdMaterialsSelectionforHomemadeClothFaceCoveringsandTheirFiltrationEfficiencyEnhancementwithTriboelectricCharging”发表在《NanoLetters》上。

在过去的一年中，我们对新冠状病毒如何传播，如何治疗以及谁最容易感染的理解发生了变化。早期的公共卫生建议着重于减少病毒在表面和物体上的传播，但是表面传播的重要性很快就受到质疑，并且研究开始集中在空气传播。长期以来，医生就知道病毒会存在于会迅速掉落到地面上的大量飞沫中。但是，较小的飞沫在空中飘动时会传播疾病的想法是有争议的。然而在武汉和意大利相关的研究报告中显示，病毒可以通过气溶胶的形式传播(Nature,DOI:10./s---3;Environ.Res.,DOI:10./j.envres..)。同时，研究显示血型不同被感染的几率也不同，其中A型血比O型血具有更高的感染几率(medRxiv,DOI:10./.05.31.,10./.03.11.,and10./.04.08.;Br.J.Haematol.,DOI:10./bjh.)，但是另外的研究报告又否认了这一观点(Transfusion,DOI:10./trf.;Ann.Hematol.,DOI:10./s---1)。

随着地球气候的快速变化，我们自己的大气层引起了众多科学家的

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