14:33 2023-05-30
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Echipa dezvoltă un algoritm nou pentru filme proteice mai clare
_ Echipa dezvoltă un algoritm nou pentru filme proteice mai clare
Proteinele sunt molecule biologice care îndeplinesc aproape toate sarcinile biochimice în toate formele de viață. Procedând astfel, structurile minuscule efectuează mișcări ultra-rapide. Pentru a investiga aceste procese dinamice mai precis decât înainte, cercetătorii au dezvoltat un nou algoritm care poate fi utilizat pentru a evalua mai eficient măsurătorile la lasere cu electroni liberi cu raze X, cum ar fi SwissFEL. L-au prezentat acum în jurnalul Structural Dynamics.
Uneori, când utilizați sistemul de navigație în timp ce călătoriți cu mașina, dispozitivul vă va localiza în afara drumului pentru o perioadă scurtă de timp. Acest lucru se datorează inexactității poziționării GPS, care poate ajunge la câțiva metri. Cu toate acestea, algoritmul din navigația prin satelit va observa în curând acest lucru și va corecta traiectoria afișată pe ecran, adică o va pune înapoi pe drum.
Un principiu comparabil pentru abordarea secvențelor de mișcare nerealiste a fost acum aplicat cu succes de către o echipă de cercetători condusă de fizicianul PSI Cecilia Casadei. Cu toate acestea, obiectele lor de investigație sunt de aproximativ un miliard de ori mai mici decât o mașină: proteinele. Aceste blocuri de construcție ale vieții îndeplinesc funcții cruciale în toate organismele cunoscute. Procedând astfel, ei efectuează adesea mișcări ultra-rapide. Analiza precisă a acestor mișcări este crucială pentru înțelegerea proteinelor care ne pot ajuta să producem noi agenți medicali, printre altele.
Pentru a îmbunătăți în continuare înțelegerea mișcărilor proteinelor, Casadei, împreună cu alți cercetători PSI, un cercetător la DESY din Hamburg și alți colegi de la Universitatea Wisconsin din Milwaukee, SUA, a dezvoltat un algoritm care evaluează datele obținute în experimente la un laser cu electroni liberi cu raze X (XFEL). Un XFEL este o unitate de cercetare la scară largă care furnizează flash-uri extrem de intense și scurte de lumină cu raze X de calitate laser. Aici, o metodă numită cristalografie cu raze X femtosecunde în serie cu rezoluție în timp (TR-SFX) poate fi utilizată pentru a studia mișcările ultrarapide ale proteinelor.
Măsurătorile sunt foarte complexe din mai multe motive: proteinele sunt mult prea mici pentru a fi fotografiate direct, mișcările lor sunt incredibil de rapide, iar pulsul intens al luminii cu raze X al unui FEL distruge complet proteinele. La nivel experimental, TR-SFX rezolvă deja toate aceste probleme: nu se măsoară nicio moleculă individuală, ci mai degrabă un număr mare de molecule de proteine identice sunt induse să crească împreună într-un aranjament regulat pentru a forma cristale de proteine.
Când lumina cu raze X FEL strălucește pe aceste cristale, informațiile sunt captate în timp înainte ca cristalele și proteinele lor să fie distruse de pulsul luminii. Datele brute din măsurători sunt disponibile ca așa-numitele imagini de difracție: puncte de lumină care sunt create de aranjarea regulată a proteinelor în cristal și înregistrate de un detector.
Unde provocările experimentale au fost depășite. , evaluarea datelor este abia la început. „Măsurarea fiecărui cristal individual oferă doar două procente din datele unei imagini complete”. Această incompletitudine are motive fizice și experimentale și poate fi eliminată numai prin combinarea datelor de măsurare a multor cristale într-un mod semnificativ. Cercetările lui Casadei se concentrează asupra modului exact de a proceda în acest sens.
Metoda stabilită până acum se numește „binning and merging”.
„S-au realizat multe cu această metodă în ultima perioadă. deceniu”, spune Casadei. Cu această metodă, datele sunt împărțite în intervale de timp și toate datele dintr-un interval, un „bin”, sunt mediate. Cu toate acestea, în această mediere se pierd și o mulțime de informații detaliate. „Ați putea spune că imaginile individuale ale filmului proteic sunt apoi puțin spălate”, continuă Casadei. „De aceea am dezvoltat o metodă care ne permite să obținem mai mult din datele de măsurare”.
Noua metodă concepută de Casadei și colegii ei se numește „analiza spectrală low-pass”, sau pe scurt LPSA. „Asemenea tehnologiei electronice sau audio, aplicăm un filtru trece jos”, explică Casadei. „Cu toate acestea, în cazul nostru, vine sub formă de algebră liniară avansată. Aplicăm aceste formule pentru a elimina zgomotul nedorit din date fără a pierde detaliile relevante.”
În termeni scurti și simpli, datele brute , adică imaginile de difracție ale cristalelor de proteine, sunt urmărite pe tot parcursul mișcării proteinei. Se presupune că această mișcare este lină, adică fără smucituri. Similar cu modul în care sistemul de navigație se corectează atunci când mașina părăsește aparent cursul drumului, noul algoritm al lui Casadei și colegii săi atenuează erorile de reconstrucție a mișcării proteinelor.
Laicii s-ar putea să nu observe o diferență imensă. în noile filme proteice. Dar pentru cineaștii care folosesc lasere cu electroni liberi cu raze X, îmbunătățirea este comparabilă cu trecerea de la un film DVD la calitate HDR.
„Mai presus de toate, noul algoritm permite acum cercetătorilor de la SwissFEL de la PSI să extrage mai multe informații din datele lor”, spune Casadei. În schimb, acest lucru înseamnă că algoritmul poate ajuta la scurtarea timpilor lungi de măsurare. Deoarece timpul fasciculului este întotdeauna la mare căutare la unitățile de cercetare la scară largă, și în special la SwissFEL, aceasta este o perspectivă foarte binevenită pentru cercetătorii de proteine care folosesc această facilitate foarte avansată.
Comentarii:
Adauga Comentariu