在 1600 年代后期，荷蘭商人 Anthoni van Leeuwenhoek 開始使用第一臺顯微鏡研究非常小的世界，發(fā)現(xiàn)了一個由原生生物、細菌和其他以前看不見的生物組成的喧囂世界。隨后幾代的科學家開發(fā)出更復雜的探索微觀世界的方法，將生物領域的許多奧秘帶入了驚人的浮雕之中。
現(xiàn)在，作為多機構研究合作的一部分，應用結構發(fā)現(xiàn)生物設計中心(CASD) 和 ASU分子科學學院(SMS) 的研究人員正在進一步推進顯微鏡領域，改進一種稱為低溫的技術。電子顯微鏡或冷凍電鏡。
該技術涉及快速冷凍感興趣的生物樣本，然后使用電子束成像并記錄數(shù)千張二維圖像，并通過計算機組裝成樣本結構的原子輪廓。眾所周知，這種密度圖然后可以轉(zhuǎn)換為詳細的 3D 圖像。
該方法對于發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)結構的細微之處特別有用，而傳統(tǒng)建模策略通常會忽略這些細微之處。這些信息對于了解健康和疾病至關重要。由于蛋白質(zhì)是大多數(shù)藥物的主要靶點，因此更全面地了解其結構和功能對于設計更有效、副作用更少的治療方法至關重要。
新研究描述了一種通過稱為最大熵的復雜統(tǒng)計方法產(chǎn)生更精確結構的方法。這種方法已在許多領域得到有效應用，從蛋白質(zhì)研究和神經(jīng)科學到生態(tài)學和動物種群的行為，非常適合精制冷凍電鏡數(shù)據(jù)，生成最無偏見的生物樣本結構模型。
像蛋白質(zhì)這樣的分子呈現(xiàn)復雜的 3 維形式，并且在其功能過程中也可以改變形狀。這項新研究的通訊作者 Abhishek Singharoy 說：“復雜的生物分子實際上存在于一個狀態(tài)集合中，你可以對這些不同構象的分子進行快照。”其中一些構象可能會隨著時間的推移而持續(xù)存在，但其他構象則非常短暫，以十億分之一秒的時間尺度來來去去。
所描述的新技術使研究人員能夠?qū)@些瞬態(tài)結構進行建模，這些結構在生物過程中起著至關重要的作用，但使用傳統(tǒng)的冷凍電鏡技術經(jīng)常會遺漏這些結構。
來自伊利諾伊大學的研究人員加入了 ASU 團隊;普渡大學;法國格勒諾布爾數(shù)學與計算機科學系;佛羅里達大學;和石溪大學。
“這項工作突出了由具有互補專業(yè)知識的實驗室開發(fā)的集成和簡化工具如何與實驗數(shù)據(jù)結合使用，以促進我們對結構生物學的理解，”佛羅里達大學的 Alberto Perez 說。
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