该过程分为两个阶段（图3） 。 第一阶段 ， 聚合酶NiRAN结构域水解新生核酸链5’三磷酸末端成为单磷酸末端 ， 并将剩余的单磷酸末端与nsp9蛋白N端第一个氨基酸（Asn1）的氨基共价连接 ， 形成RNA-nsp9中间产物 ， 该过程被命名为“RNAylation”过程 。 第二阶段 ， 聚合酶NiRAN在其“G口袋”中结合一个GTP分子 ， 诱导NiRAN结构域发生构象变化 ， 将一个称之为“断键水分子”的水分子向RNA与nsp9共价键的距离推进至3.8 ? ， 使其发挥亲和攻击能力 ， 导致RNA与nsp9间的共价键断裂 ， 再由断键形成的高能基团攻击GTP ， 最终形成帽核心结构（GpppA） 。 这一现象的发现 ， 不仅是对新冠病毒乃至其他病毒生命过程理解的重要更新 ， 而且也是第一次发现这种由蛋白质作为媒介来介导的RNA加帽过程 ， 拓展了生命科学研究中对核酸加工的认识边界 ， 为在人体细胞中发现可能存在的类似现象提供了一个重要的起点 。
图3 新冠病毒转录复制复合体与RNA-nsp9的复合体结构（上）与加帽新机制（下）
进一步研究发现 ， 核苷类抗病毒药物能够被聚合酶NiRAN结构域 ， 通过类似的机制共价连接到nsp9蛋白 ， 进而阻止了加帽反应过程 。 尤其特殊的是 ， 当核苷类抗病毒药物索非布韦（sofosbuvir）连接到nsp9蛋白后 ， 药物分子结合在一个称之为“Nuc口袋”的位点 ， 并通过其核糖基团上的化学修饰 ， 诱导NiRAN结构的“S-loop”发生剧烈的构象改变 ， 封闭“G口袋”中GTP分子进出的路径（图4） 。 这一系列发现不但为理解核苷类抗病毒药物的作用机制提供了全新视角 ， 还展示了一种全新的“induce-and-lock”药物设计策略 ， 为进一步发展高亲和力的新型抗病毒药物提供了一个新颖的角度 。
图4 索非布韦与S-loop的作用（左）、S-loop封闭G口袋的机制（右）
南方科技大学团队首次在三维磁性光子晶体中实现了三维陈绝缘体
光的传播在生活中时刻都在发生 。 然而 ， 光的传播对环境要求却是极高的 。 光在传播过程中如果遇到障碍物 ， 就有可能被反射或散射到其他方向上去 。
但是有这么一束光 ， 它即使碰到障碍物 ， 也能完美绕过且不会发生任何反射和散射 ， 义无反顾 ， 一往无前 。
近日 ， 南方科技大学电子与电气工程系高振副教授课题组联合中国和新加坡多家单位的合作研究成果 ， 宣告了首个三维陈绝缘体的实验实现 。 研究成果以“三维光子晶体中的拓扑陈矢量”（Topological Chern vectors in three-dimensional photonic crystals）为题发表在国际顶级期刊Nature上 。
“当你开着一辆汽车通过一个90度的拐角或一个路障时 ， 如果不减速汽车会由于惯性冲出道路或撞击路障 。 光也一样 ， 在遇到尖锐拐角或障碍时会发生严重的散射和反射 。 拓扑光子学的出现可以很好地解决这个问题 ， 使得光可以单向、高效、鲁棒地传播 ， 就像车辆行使全程可以不减速地通过尖锐拐角、完美绕过路障 。 ”高振如此解释这样一种单向光的存在 。
在这种单向波导中 ， 如图1所示 ， 光在从A端口往B端口传播过程中 ， 即使碰到障碍物 ， 也能完美绕过它且不会发生任何背向散射 ， 因为从B到A方向传播被完全禁止 。 那么 ， 这束光 ， 将“一往无前”地从A端口传播到B端口而不会有任何反射 。
图1：双向波导和单向波导区别
基于此目的 ， 2005年 ， 美国普林斯顿大学F. D. M. Haldane教授（2016年获诺贝尔物理学奖）等人提出可以构造一种非互易拓扑光子晶体实现光的单向传输 。 这种非互易拓扑光子晶体与凝聚态物理中的量子反常霍尔效应均属于陈绝缘体 ， 在他们的边界上都拥有单向传输的手性边缘态(chiral edge state) 。
之后 ， 美国麻省理工学院的Marin Solja?i?教授课题组加工制作出了这种二维光学陈绝缘体 ， 并通过实验直接验证了一维单向手性边缘态的存在 。
此后 ， 便诞生了拓扑光子学这一以研究光学体系中的拓扑态为主要内容的前沿研究领域 ， 同时也催生了拓扑声学、拓扑力学、拓扑电路等诸多研究方向 。 手性边界态能够绕过任何缺陷、杂质、无序、尖锐弯角等障碍物 ， 实现完全无反射的单向传输 。
在过去十年间 ， 拓扑光子学发展迅猛 ， 具有单向边缘态的陈绝缘体相继在不同体系被发现 。 然而 ， 它们都只局限于二维体系 。 相比于三维量子霍尔效应和三维量子自旋霍尔效应的蓬勃发展 ， 三维陈绝缘体尚未在任何体系中被发现 。
基于此背景 ， 高振及其合作者首次在三维磁性光子晶体中实现了三维陈绝缘体 ， 率先将陈绝缘体的研究推进三维时代 。
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