【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】X射線自由電子激光作為第四代光源的代表，具有超短脈沖、超高亮度等特點，能夠在接近生理狀態(tài)下研究生物大分子顆粒的動態(tài)過程。傳統(tǒng)的取向解析算法假定所有大分子顆粒的衍射圖來自于全同的蛋白質(zhì)分子，然而這一純凈的顆粒狀態(tài)與實際的生理過程并不吻合：在生物大分子的不同功能階段，必然存在著多種可能的分子類型。如何準確地處理多種分子的混合衍射圖，是X射線自由電子激光數(shù)據(jù)處理中重要且具有挑戰(zhàn)性的課題。
 

　　近日，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心軟物質(zhì)物理實驗室SM6組的丁瑋研究團隊，提出了一種基于結(jié)構(gòu)預(yù)測的單顆粒衍射成像分類-重構(gòu)算法，用于混合衍射圖的分類和取向解析。該算法創(chuàng)新性地將取向解析與衍射圖分類相結(jié)合，利用結(jié)構(gòu)預(yù)測模型作為模板，通過對比相關(guān)系數(shù)對衍射圖進行分類，然后利用相關(guān)系數(shù)最大化算法進行取向解析，可以同時重構(gòu)出多個三維衍射強度。根據(jù)模擬實驗的測試結(jié)果表明，該算法在兩組不同蛋白質(zhì)體系中的分類準確率分別達到了99.81%和99.94%。這一結(jié)果證明，我們提出的分類-重構(gòu)算法具有理想的可行性和超高的準確性。而這一方法的提出，必將推動X射線自由電子激光單顆粒衍射成像技術(shù)，從理論分析向?qū)嶋H應(yīng)用的邁進，同時也將有助于我們在該領(lǐng)域突破性發(fā)展的前夜，構(gòu)建擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的完備軟件體系。
 

　　這一成果以“A predicted model-aided one-step classification-multireconstruction algorithm for X-ray free-electron laser single-particle imaging”為題，發(fā)表在近期的IUCrJ期刊上。物理所為第一完成單位，丁瑋工程師為本文的通訊作者，博士生焦志超和高能物理研究所耿直工程師為本文的共同第一作者。該工作獲得了國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院的支持。

 

　　此外，作為X射線自由電子激光的系列工作，本工作的部分核心方法與思路，在2024-06的另一篇文章“A predicted model-aided reconstruction algorithm for X-ray free-electron laser single-particle imaging”中有更為詳細的描述。
 

　

 

算法流程圖