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單顆粒冷凍電子顯微鏡技術(shù)（SPA）已較為成熟。SPA可以得到較多純化獲得的重要蛋白質(zhì)復(fù)合物的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，但冷凍制樣仍是SPA的瓶頸。其中，冷凍制樣導(dǎo)致的取向優(yōu)勢(shì)問(wèn)題是常見(jiàn)而難以解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。重構(gòu)過(guò)程需要來(lái)自各個(gè)方向的蛋白質(zhì)投影，以覆蓋整個(gè)倒易空間。然而，吸附在氣液界面（AWI）上的蛋白質(zhì)表現(xiàn)出取向優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致投影數(shù)據(jù)集不完整。也就是說(shuō)，傅里葉空間存在缺失分量，此時(shí)蛋白質(zhì)密度會(huì)發(fā)生不同程度的畸變，致使重構(gòu)失真。當(dāng)前，科研人員發(fā)展了較多實(shí)驗(yàn)方法來(lái)消除或者減少這個(gè)問(wèn)題。而這些方法耗時(shí)、復(fù)雜，且不能保證成功。

近日，《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）在線發(fā)表了生物物理研究所章新政研究組完成的題為Correction of preferred orientation-induced distortion in cryo-electron microscopy maps的研究論文。該研究提出了基于信噪比的迭代重構(gòu)（SIRM）算法。與實(shí)驗(yàn)方法不同，這一方法是純粹通過(guò)計(jì)算來(lái)消除或者減少三維重構(gòu)的畸變。該方法需要去除具有取向優(yōu)勢(shì)的數(shù)據(jù)集中的錯(cuò)位顆粒；以此為基礎(chǔ)，基于傅里葉分量的信噪比進(jìn)行傅里葉空間和實(shí)空間的雙空間約束迭代重建，校正三維重構(gòu)的畸變，減少分辨率的各向異性。數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，該方法可以進(jìn)一步提升具有取向優(yōu)勢(shì)問(wèn)題數(shù)據(jù)集的三維重構(gòu)對(duì)中精度，進(jìn)而提升三維重構(gòu)分辨率。這一方法僅依靠計(jì)算算法，且成本低、操作簡(jiǎn)單、原理清晰。

科研人員利用SIRM方法，對(duì)幾種帶有缺失錐的數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理。結(jié)果顯示，使用SIRM方法后的重建圖像在缺失錐方向上的分辨率得到提高，恢復(fù)了取向優(yōu)勢(shì)帶來(lái)的密度畸變問(wèn)題，并提升了分辨率。

研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（B類(lèi)）、基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計(jì)劃等的支持。

應(yīng)用SIRM算法后（右圖）可以有效的緩解密度畸變（左圖）問(wèn)題

（轉(zhuǎn)自生物物理研究所）