金華生物冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)原理

單顆粒冷凍電鏡技術(shù)的圖像處理技術(shù)：經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，目前冷凍電鏡的數(shù)據(jù)處理部分主要包含了以下的流程：(1)襯度傳遞函數(shù)的修正(CTFcorrection)；(2)樣品分子投影數(shù)據(jù)的篩選(particleselection)；(3)二維投影數(shù)據(jù)的分類(lèi)和降噪(2Danalysis)；(4)三維模型的重構(gòu)和優(yōu)化(3Dreconstructionandrefinement)；(5)多重構(gòu)象的結(jié)構(gòu)分析(heterogeneityanalysis)；(6)對(duì)重建結(jié)構(gòu)分辨率的分析(structureresolutionassessment)；(7)結(jié)合生物化學(xué)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)三維結(jié)構(gòu)的解讀(modelinterpretationandvalidation)。冷凍電鏡技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：更接近天然狀態(tài)，不需要蛋白質(zhì)結(jié)晶。金華生物冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)原理

冷凍電鏡技術(shù)原理之單顆粒技術(shù)：對(duì)分散分布的生物大分子分別成像，基于分子結(jié)構(gòu)同一性的假設(shè)，對(duì)多個(gè)圖像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并通過(guò)對(duì)正、加和平均等圖像操作手段提高信噪比，進(jìn)一步確認(rèn)二維圖像之間的空間投影關(guān)系后經(jīng)過(guò)三維重構(gòu)獲得生物大分子的三維結(jié)構(gòu)方法。其適合的樣品分子量范圍為80~50MD，Zgao分辨率約0.3nm。利用單顆粒技術(shù)獲得三維重構(gòu)的方法主要包括等價(jià)線方法、隨機(jī)圓錐重構(gòu)法、隨機(jī)初始模型迭代收斂重構(gòu)等方法，其基本目標(biāo)是獲得二維圖像之間正確的空間投影關(guān)系，從而進(jìn)行三維重構(gòu)。黃山冷凍透射電鏡技術(shù)服務(wù)公司冷凍電鏡技術(shù)測(cè)定結(jié)構(gòu)的幾種方法：X射線晶體學(xué)、NMR、和冷凍電鏡技術(shù)。

冷凍電子顯微技術(shù)學(xué)解析生物大分子及細(xì)胞結(jié)構(gòu)的中心是透射電子顯微鏡成像,包括樣品制備、圖像采集、圖像處理及三維重構(gòu)等幾個(gè)基本步驟。三維重構(gòu)：數(shù)據(jù)處理的較終目的是為了獲得生物樣品的三維質(zhì)量密度圖，由二維圖像推知三維結(jié)構(gòu)的方法即三維重構(gòu)。其理論原理是在1968年由DeRosier和Klug提出的中心截面定理:一個(gè)函數(shù)沿某方向投影函數(shù)的傅里葉變換等于此函數(shù)的傅里葉變換通過(guò)原點(diǎn)且垂直于此投影方向的截面函數(shù)。由于樣品性質(zhì)的不同，圖像分析的方法也有差異。

冷凍電鏡技術(shù)未來(lái)之路在何方?除了蛋白等生物大分子外，生物樣品還有很重要的一面是細(xì)胞和組織。即使是目前有很多重要的蛋白結(jié)構(gòu)都得到了埃米級(jí)別的解析，但由于它們都是純化出來(lái)的，已經(jīng)脫離了原來(lái)位置，就如同一片樹(shù)葉脫離了大樹(shù)，研究的再深刻，目前也只是一葉遮目，不要說(shuō)推測(cè)這片樹(shù)葉在森林里的位置，即使是在哪顆特定大樹(shù)上的生長(zhǎng)部位和結(jié)構(gòu)都很難說(shuō)。因此解析細(xì)胞或組織這樣大尺度的高分辨精細(xì)結(jié)構(gòu)具有更普遍的生物學(xué)意義。冷凍電鏡技術(shù)之冷凍掃描電鏡是克服樣品含水問(wèn)題的一個(gè)快速、可靠和有效的方法。

單顆粒冷凍電鏡技術(shù)二維圖像分析——顆粒圖像的匹配與分類(lèi)：二維顆粒圖像的分類(lèi)是獲取三維結(jié)構(gòu)過(guò)程的第一步。對(duì)二維圖像的分析包括兩部分：顆粒圖像的匹配和顆粒圖像的分類(lèi)。匹配的過(guò)程通常會(huì)對(duì)顆粒圖像應(yīng)用一些變換操作，通過(guò)關(guān)聯(lián)函數(shù)去判斷不同顆粒圖像之間的相似程度。圖像匹配的算法主要分為兩種，即不依賴(lài)模型的方法和基于模型的方法，取決于是否存在利用樣本先驗(yàn)信息得到的模板。隨著圖像匹配的完成，顆粒圖像需要進(jìn)行分類(lèi)。主要利用多元統(tǒng)計(jì)分析和主成分分析方法等算法，其他流行的二維顆粒分類(lèi)技術(shù)還有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)，將圖像在二維空間自組織映射(self-organisingmapping，SOM)再進(jìn)行分類(lèi)和排序。二維圖像分析的目的是，首先通過(guò)圖像匹配消除旋轉(zhuǎn)和平移的誤差，利用類(lèi)內(nèi)緊致、類(lèi)間離散的原則進(jìn)行圖像分類(lèi)，較終可以對(duì)類(lèi)內(nèi)顆粒圖像進(jìn)行平均，提高信噪比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高分辨率三維結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。冷凍電鏡技術(shù)的基本原理是將生物大分子溶液置于電鏡載網(wǎng)上形成一層非常薄的水膜。金華生物冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)原理

基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸成為藥物開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的主流，與此同時(shí)冷凍電鏡技術(shù)也在蓬勃發(fā)展。金華生物冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)原理

單顆粒冷凍電鏡技術(shù)的顆粒挑選：接下來(lái)需要從原始數(shù)據(jù)中篩選出顆粒投影，也被稱(chēng)為“顆粒挑選”，顆粒挑選的好壞也將影響所有后續(xù)的分析和處理過(guò)程，是一個(gè)重要并且繁瑣的步驟。顆粒挑選方式可以分為手動(dòng)挑選、半自動(dòng)挑選和完全自動(dòng)挑選這幾種。在早期的分析中，對(duì)于結(jié)構(gòu)的了解還非常少，優(yōu)先考慮的都是人工挑選。但是自動(dòng)的顆粒圖像獲取方法的出現(xiàn)使得在很短時(shí)間內(nèi)可以收集數(shù)十萬(wàn)張顆粒圖像，人工挑選大量的顆粒圖像不太現(xiàn)實(shí)，并且人工的挑選通常會(huì)過(guò)于集中于某一類(lèi)顆粒圖像，導(dǎo)致遺漏和偏差。半自動(dòng)和全自動(dòng)的方法主要有以下三類(lèi)：(1)通過(guò)例如降噪、反襯增強(qiáng)、邊緣算子等圖像形態(tài)學(xué)方法搜索區(qū)域，基于數(shù)字圖像處理學(xué)的原理，將顆粒圖像與背景分離開(kāi)來(lái)。(2)基于模板的方法，通過(guò)掃描數(shù)據(jù)圖像和已知的模板比較來(lái)挑選出潛在的顆粒圖像，模板的來(lái)源通常為手動(dòng)選出的數(shù)據(jù)圖像中較為清晰的顆粒圖像，或者是已知結(jié)構(gòu)的投影。(3)結(jié)合無(wú)模板和有模板的方法，通過(guò)一些有監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行顆粒挑選。金華生物冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)原理

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