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新型的冷冻电镜三维重构算法的提出

发布时间:2019-03-30 关键字:冷冻电镜三维重构算法

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清华大学生命科学学院李雪明研究组,电子工程系沈渊研究组和计算机系杨广文研究组三方合作在《自然•方法》杂志在线发表题为《一种基于粒子滤波的鲁棒的冷冻电镜三维重构算法框架》)的研究论文。该工作通过将电子工程应用中的粒子滤波算法引入到冷冻电镜三维重构中,大幅提高了对系统参数的搜索能力和对系统误差的容忍度;通过进一步融合高性能计算的方法,最终实现了对生物大分子结构高效高精度的三维重构。

未来的冷冻电镜技术将使人们不必再借助于复杂的生物化学手段来提取蛋白质,而是利用冷冻电镜直接在细胞中对包括蛋白质在内的生物大分子的原子结构和动态变化进行观察和分析,探索生命活动的本质原理,设计能够治愈疾病的药物,造福人类健康。

 

【三个基本术语解释】

蛋白质

是生命体的最主要组成元素,作为一种生物大分子机器,蛋白质功能的实现高度依赖于其复杂的三维原子结构。了解蛋白质的结构及其与功能的关系对探索生命的基本原理,理解疾病的分子机制以及药物的研发具有重要的意义。

冷冻电子显微镜

简称冷冻电镜,使用电子束作为光源,是一种能在原子分辨率水平上观察并测定蛋白质分子结构的有力工具。伴随着最近几年的技术突破,冷冻电镜三维重构技术成为测定蛋白质及其复合物结构的关键技术

冷冻电镜三维重构的基本方法

首先利用冷冻电镜对冷冻于液氮温度的生物大分子颗粒进行成像,以获得数万到数百万张生物大分子照片,然后通过一定的算法来整合这些图像,计算出生物大分子的三维结构。这其中三维重构算法核心内容,用于测定出每一张照片的诸多参数

 

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