Новый алгоритм повышает чёткость изображений в мощнейших микроскопах

Учёные разработали инструмент, который улучшает разрешение и точность мощных микроскопов, используемых в биологии и медицине.

В исследовании, опубликованном в Nature Methods, команда под руководством Тома Тервиллигера из New Mexico Consortium с участием исследователей из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) продемонстрировала, как новый компьютерный алгоритм улучшает качество 3D-карт молекулярных структур, полученных с помощью криоэлектронной микроскопии (cryo-EM).

Крио-ЭМ карты, генерируемые путём обработки множества микроскопических изображений, десятилетиями были ключевым инструментом для изучения функций молекул в живых организмах. Хотя современная cryo-EM может достигать атомарного разрешения, для некоторых крупных и сложных молекул карты всё ещё имеют недостаточное разрешение и высокую неопределённость.

Новый алгоритм повышает чёткость молекулярных карт, фильтруя данные на основе существующих знаний о том, как выглядят молекулы, и оптимально удаляя шум. Подход с той же теоретической основой ранее использовался для рентгеновской кристаллографии, но его эффективность для cryo-EM была доказана только сейчас.

Результаты тестирования:

• Применение алгоритма к общедоступной карте белка человека апоферритина с разрешением 3.1 Å (ангстрем) улучшило её корреляцию с референсной картой с разрешением 1.8 Å.
• Тестирование на 104 наборах данных из Банка данных электронной микроскопии (Electron Microscopy Data Bank) показало, что в большинстве случаев алгоритм улучшил корреляцию экспериментальной карты с известной атомной структурой и повысил видимость деталей.

Алгоритм работает автоматически на процессоре обычного ноутбука. Его исходный код уже интегрирован в программный пакет Phenix, популярный для решения макромолекулярных структур. Ожидается, что этот инструмент станет стандартной частью рабочего процесса cryo-EM.