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新型的冷凍電鏡三維重構算法的提出

發布時間:2019-03-30 關鍵字:冷凍電鏡三維重構算法

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清華大學生命科學學院李雪明研究組,電子工程系沈淵研究組和計算機系楊廣文研究組三方合作在《自然?方法》雜志在線發表題為《一種基于粒子濾波的魯棒的冷凍電鏡三維重構算法框架》)的研究論文。該工作通過將電子工程應用中的粒子濾波算法引入到冷凍電鏡三維重構中,大幅提高了對系統參數的搜索能力和對系統誤差的容忍度;通過進一步融合高性能計算的方法,最終實現了對生物大分子結構高效高精度的三維重構。

未來的冷凍電鏡技術將使人們不必再借助于復雜的生物化學手段來提取蛋白質,而是利用冷凍電鏡直接在細胞中對包括蛋白質在內的生物大分子的原子結構和動態變化進行觀察和分析,探索生命活動的本質原理,設計能夠治愈疾病的藥物,造福人類健康。

 

【三個基本術語解釋】

蛋白質

是生命體的最主要組成元素,作為一種生物大分子機器,蛋白質功能的實現高度依賴于其復雜的三維原子結構。了解蛋白質的結構及其與功能的關系對探索生命的基本原理,理解疾病的分子機制以及藥物的研發具有重要的意義。

冷凍電子顯微鏡

簡稱冷凍電鏡,使用電子束作為光源,是一種能在原子分辨率水平上觀察并測定蛋白質分子結構的有力工具。伴隨著最近幾年的技術突破,冷凍電鏡三維重構技術成為測定蛋白質及其復合物結構的關鍵技術

冷凍電鏡三維重構的基本方法

首先利用冷凍電鏡對冷凍于液氮溫度的生物大分子顆粒進行成像,以獲得數萬到數百萬張生物大分子照片,然后通過一定的算法來整合這些圖像,計算出生物大分子的三維結構。這其中三維重構算法核心內容,用于測定出每一張照片的諸多參數

 

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