碳水化合物，脂肪，蛋白質(zhì)和核酸都是大分子，它們存在于我們的細(xì)胞中，對生命至關(guān)重要。了解這些大分子如何工作的關(guān)鍵在于了解有關(guān)其結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息。該團(tuán)隊使用了金納米顆粒作為生物分子的替代品，測量了1000萬個衍射圖樣，并使用它們生成了史上最高分辨率的3D圖像。金粒子比生物樣品散射的X射線要多得多，因此可以成為良好的測試樣品。他們能夠提供更多的數(shù)據(jù)，這對于隨后可用于生物分子的微調(diào)方法很有用。

“用于獲得生物分子高分辨率圖像的技術(shù)包括X射線晶體學(xué)，這要求將生物分子結(jié)晶，這不是一個容易的過程，或者是用于冷凍分子的冷凍電子顯微鏡，” Ayyer說。X射線自由電子激光的出現(xiàn)打開了單粒子成像（SPI）的大門，該技術(shù)有可能在室溫下提供生物分子高分辨率圖像，而又不需要結(jié)晶。這意味著可以研究更接近其原始狀態(tài)的生物分子，例如，可以更好地了解它們在我們體內(nèi)的結(jié)構(gòu)和功能。

“但是，SPI仍然存在兩個障礙：收集足夠的高質(zhì)量衍射花樣并正確分類生物分子的結(jié)構(gòu)變異性。我們的工作表明，這兩個障礙都是可以克服的?！彼a充道。“即使在最好的情況下，以前的SPI實驗也只能產(chǎn)生約數(shù)萬個衍射圖像。但是，要獲得與結(jié)構(gòu)生物學(xué)相關(guān)的分辨率，研究人員需要10到100倍以上的的衍射圖?！?Ayyer解釋說。由于歐洲XFEL的獨特能力，即每秒大量的X射線激光脈沖（也稱為重復(fù)頻率）和高的脈沖能量，我們團(tuán)隊能夠在一個5天的實驗內(nèi)收集1000萬個衍射圖樣。同時他提到 “這么多的數(shù)據(jù)是前所未有的，我們相信我們的實驗為該領(lǐng)域的未來設(shè)定了范本。”

為了克服生物分子結(jié)構(gòu)變異的障礙，即處理每個彼此之間略有不同的粒子的快照，研究小組使用了他們開發(fā)的一種特殊算法。衍射圖樣是由類似于快速X射線照相機(jī)的二維探測器收集的。然后，一種算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，讓研究人員能夠重建生物分子的圖像。“我們使用了自適應(yīng)增益積分像素探測器（AGIPD）的功能，該功能使我們能夠以很高的速率捕獲圖像。然后，我們使用定制的算法收集并分析了數(shù)據(jù)，以獲得有史以來分辨率最高的圖像?！? Ayyer說。

SPB / SFX研究小組的首席科學(xué)家Adrian Mancuso說：“這項研究真正利用了我們設(shè)備的高重復(fù)頻率，快速成幀的探測器以及有效的樣品傳輸?shù)莫毺匦阅堋＿@表明，將來歐洲XFEL在探索未結(jié)晶的室溫生物分子的'視覺'極限方面處于有利地位?！?/span>

參考信息：https://www.xfel.eu/news_and_events/news/index_eng.html?openDirectAnchor=1848&two_columns=0

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