알고리즘을 통해 더욱 선명한 단백질 필름 구현 가능

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단백질은 모든 형태의 생명체에서 거의 모든 생화학적 작업을 수행하는 생물학적 분자입니다. 그렇게 함으로써 작은 구조물은 초고속 움직임을 수행합니다. 이러한 동적 프로세스를 이전보다 더 정확하게 조사하기 위해 연구원들은 SwissFEL과 같은 X선 자유 전자 레이저의 측정을 보다 효율적으로 평가하는 데 사용할 수 있는 새로운 알고리즘을 개발했습니다. 그들은 이제 Structural Dynamics 저널에 이를 발표했습니다.

때로는 자동차로 여행하는 동안 내비게이션 시스템을 사용할 때 장치가 짧은 시간 동안 도로 밖에서 사용자의 위치를 ​​찾을 수 있습니다. 이는 GPS 위치 확인의 부정확성으로 인해 발생하며, 이는 수 미터에 달할 수 있습니다. 그러나 위성 내비게이션의 알고리즘은 곧 이를 알아차리고 화면에 표시된 궤적을 수정합니다. 즉, 다시 도로에 놓이게 됩니다.

비현실적인 모션 시퀀스를 해결하기 위한 유사한 원리가 이제 PSI 물리학자 Cecilia Casadei가 이끄는 연구팀에 의해 성공적으로 적용되었습니다. 그러나 그들의 조사 대상은 자동차보다 약 10억 배 더 작은 단백질입니다. 이러한 생명의 구성 요소는 알려진 모든 유기체에서 중요한 기능을 수행합니다. 그렇게 하면서 그들은 종종 매우 빠른 움직임을 수행합니다. 이러한 움직임을 정확하게 분석하는 것은 무엇보다도 새로운 의약품을 생산하는 데 도움이 될 수 있는 단백질을 이해하는 데 중요합니다.

단백질 움직임에 대한 이해를 더욱 향상시키기 위해 Casadei는 다른 PSI 연구원, 함부르크 DESY 연구원 및 미국 밀워키 위스콘신 대학교의 다른 동료들과 함께 X-T 실험에서 얻은 데이터를 평가하는 알고리즘을 개발했습니다. 광선 자유 전자 레이저(XFEL). XFEL은 매우 강렬하고 짧은 레이저 품질의 X선 광선을 제공하는 대규모 연구 시설입니다. 여기서는 시간 분해 직렬 펨토초 X선 결정학(TR-SFX)이라는 방법을 사용하여 단백질의 초고속 움직임을 연구할 수 있습니다.

측정은 여러 가지 이유로 매우 복잡합니다. 단백질은 너무 작아서 직접 이미지화할 수 없고, 움직임이 믿을 수 없을 정도로 빠르며, FEL의 강력한 X선 펄스는 단백질을 완전히 파괴합니다. 실험 수준에서 TR-SFX는 이미 이러한 모든 문제를 해결했습니다. 개별 분자가 측정되지 않고 오히려 많은 수의 동일한 단백질 분자가 규칙적인 배열로 함께 성장하여 단백질 결정을 형성하도록 유도됩니다. FEL X선 광선이 이러한 결정에 비추면 빛의 펄스에 의해 결정과 단백질이 파괴되기 전에 정보가 제 시간에 포착됩니다. 측정에서 얻은 원시 데이터는 소위 회절 이미지, 즉 결정 내 단백질의 규칙적인 배열에 의해 생성되고 검출기에 의해 등록되는 광점으로 제공됩니다.

실험적 어려움이 극복된 경우 데이터 평가는 이제 막 시작되었습니다. "각 개별 결정의 측정은 전체 이미지 데이터의 2%만을 제공합니다." 이러한 불완전성은 물리적, 실험적 이유가 있으며 많은 결정의 측정 데이터를 의미 있는 방식으로 결합해야만 제거될 수 있습니다. Casadei의 연구는 이 문제를 해결하는 방법에 중점을 두고 있습니다.

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Casadei와 그녀의 동료들이 고안한 새로운 방법은 "저역 통과 스펙트럼 분석", 즉 줄여서 LPSA라고 합니다. "전자 제품이나 오디오 기술과 유사하게 우리는 저역 통과 필터를 적용합니다"라고 Casadei는 설명합니다. "그러나 우리의 경우에는 고급 선형 대수학의 형태로 제공됩니다. 관련 세부 사항을 잃지 않고 데이터에서 원치 않는 노이즈를 제거하기 위해 이러한 공식을 적용합니다."