算法使尖锐蛋白质的电影

蛋白质是生物分子执行几乎所有生化任务在所有形式的生命。在这一过程中,微小结构执行超高速运动。为了调查这些动态过程比以前更确切地说,研究人员已经开发出一种新的算法,可用于评估在x射线测量自由电子激光等SwissFEL更有效率。他们现在在《华尔街日报》结构动力学。

有时,当乘汽车旅行时使用导航系统,该设备将在短时间内找到你马路。这是由于GPS定位的不准确,可以高达几米。然而,该算法在导航仪上很快就会注意到这个正确的轨迹显示在屏幕上,比如在路上把它放回去。

可比性原则解决不切实际的运动序列已被成功地应用了领导的研究小组PSI物理学家塞西莉亚Casadei。然而,他们调查的对象比汽车小十亿倍:蛋白质。这些构建块的生活满足所有已知生物的关键功能。在这一过程中,他们经常执行超高速运动。分析这些运动恰恰是至关重要的对我们的理解蛋白质可以帮助我们产生新的医疗代理人,在其他的事情。

如何”电影”蛋白质…

进一步改善蛋白质运动的理解,Casadei,连同其他PSI研究员,研究员谜底在汉堡和其他同事在密尔沃基威斯康辛大学,美国开发了一个算法,评估在实验中获得的数据在一个x射线自由电子激光(XFEL)。XFEL是一个大型研究机构,提供了极其强烈的和短的laser-quality闪光x射线光。在这里,时间分辨连环飞秒x射线结晶学方法(TR-SFX)可用于研究蛋白质的超高速运动。

测量是非常复杂的原因有几个:蛋白质是太小直接成像,他们的动作非常快,和x射线的强脉冲光的恶魔完全破坏了蛋白质。在实验层次,TR-SFX已经解决了所有这些问题:没有测量单个分子,而是大量相同的蛋白质分子的诱导生长在一起,定期安排形成蛋白质晶体。当恶魔x射线照在这些晶体,晶体中捕获的信息时间及其蛋白质被光的脉冲。测量的原始数据是可用的,所谓的衍射图像:光点所创建的定期安排的蛋白质晶体探测器和注册。

…以及如何评估测量数据

实验已经克服挑战,数据的评价才刚刚开始。“每个人的测量晶体只提供百分之二的数据的一个完整的图像。”This incompleteness has physical and experimental reasons and can only be eliminated by combining the measurement data of many crystals in a meaningful way. Casadei's research focuses on exactly how to go about this.

该方法建立了到目前为止被称为“装箱和合并”。“很多用这种方法取得了在过去的十年中,“Casadei说。用这种方法,数据分为时间间隔和所有的数据都在一个时间间隔,“本”,是取平均值。然而,很多也迷失在这个平均的详细信息。“你可以说蛋白质的个人图片电影然后所有有点褪色,“Casadei仍在继续。“这就是为什么我们已经开发出一种方法,可以让我们得到更多的测量数据。”

Casadei和她的同事们所设计的新方法被称为“低通谱分析”,或简称为LPSA。“类似于电子或音频技术,我们应用一个低通滤波器,“Casadei解释道。“然而,在我们的案例中是先进的线性代数的形式。我们应用这些公式删除不需要的噪声从数据不丢失的相关信息。”

简而言之,简单来说,原始数据,即蛋白质晶体的衍射图像,跟踪整个蛋白质运动。这场运动被认为是光滑,即jerk-free。类似于导航系统纠正自己当汽车似乎离开的路上,Casadei和她的同事的新算法,缓解了错误的蛋白质运动重建。

HDR对蛋白质的电影

外行可能不会注意到一个巨大的差异在新蛋白质的电影。但在x射线自由电子激光电影人才,改善与切换从一个DVD电影HDR质量。

“现在最重要的是,新算法允许研究人员在SwissFEL PSI从数据中提取更多的信息,“Casadei说。相反,这意味着该算法可以帮助缩短长时间测量。因为梁时间总是在高需求的大规模的研究设施,特别是在SwissFEL,这是一个最受欢迎的前景对蛋白质研究人员利用这种高度先进的设施。

参考:Casadei CM, Hosseinizadeh Bliven年代,et al。低通的时间分辨光谱分析连环飞秒晶体学数据。结构动力学。2023;10 (3):034101。doi:10.1063/4.0000178

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