“TomoTwin铺平了道路的自动识别和定位蛋白质直接在细胞环境,扩大cryo-ET的潜力,”加文·赖斯说,co-first出版的作者。Cryo-ET有可能解释在细胞和生物分子是如何工作的,,推出的基础生命和疾病的起源。
在cryo-ET实验中,科学家们使用透射电子显微镜获得3 d图像,称为x线断层照片,包含复杂的生物分子的细胞体积。以获得更详细的图像的每个不同的蛋白质,他们平均尽可能多的副本的摄影师们捕捉相同的照片——类似于在不同暴露后把它们完全暴露的形象。至关重要的是,人们必须正确识别和定位不同的蛋白质平均前的照片。“科学家可以获得每天成百上千的x线断层照片,但是我们缺乏工具充分识别分子,”赖斯说。
手工采摘
到目前为止,研究人员使用算法基于已知的模板分子结构搜索匹配在x线断层照片,但这些往往容易出错。另一种方法是手工识别分子,确保高品质的挑选,但每个数据集需要几天到几周。
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免费订阅另一种可能性是使用监督机器学习的一种形式。这些工具可以非常准确的但目前缺乏可用性,因为他们需要手动将成千上万的例子训练软件为每个新的蛋白质,对小型生物分子一个几乎不可能完成的任务在一个拥挤的细胞环境。
TomoTwin
新开发的软件TomoTwin克服这些障碍:它学会选择分子形似x线断层照片和地图到几何空间内,系统奖励将类似的蛋白质互相靠近,否则扣分。在新地图研究人员可以隔离和准确地识别不同的蛋白质和使用这种细胞内定位。“TomoTwin的一个优点是,我们提供一个pre-trained挑选模型,”赖斯说。通过移除的训练步骤,软件甚至可以在本地计算机上运行,处理x线断层照片通常需要60 - 90分钟,运行时在MPI超级计算机乌鸦减少到15分钟/ x线断层照片。
TomoTwin允许研究人员挑几十个x线断层照片的时间手动选择一个,因此增加数据的吞吐量和平均速度来获得一个更好的形象。目前软件可以找到球状蛋白质或蛋白质复合物大于150 kilodaltons细胞;Raunser集团在未来的目标是包括膜蛋白、丝状蛋白,蛋白质更小的尺寸。
参考:瓦格纳大米G, T, Stabrin M, Sitsel O, Prumbaum D, Raunser s TomoTwin:广义的三维定位在低温电子x线断层照片大分子结构数据挖掘。自然冰毒。2023年。doi:10.1038 / s41592 - 023 - 01878 - z
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