在生物學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大的進步，可以在最小的尺度上觀察大自然的活動。這種研究對于繪制重要大分子的行為和了解它們在活生物體中的重要作用非常重要。

應(yīng)用結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)生物設(shè)計中心和亞利桑那州立大學(xué)分子科學(xué)學(xué)院的研究人員采用了一種新的方法來研究生命分子，不僅以高分辨率檢查了它們的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，還研究了這些分子在生物過程中最重要的動態(tài)運動功能。

這種新方法包括對通過稱為cryo-EM或Cryo-EM的突破性技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)進行主動再處理。這里，在電子顯微鏡檢查之前，要研究的目標分子被快速冷凍在冰的薄膜中。收集成千上萬的靜止圖像，然后用電腦重新組合。

這項技術(shù)為X射線晶體學(xué)提供了一種強有力的替代方法，可以更準確地檢測分子世界。事實上，cryo-EM在最具挑戰(zhàn)性的X射線晶體學(xué)研究領(lǐng)域(對抵抗傳統(tǒng)結(jié)晶方法的大蛋白質(zhì)復(fù)合物成像)表現(xiàn)出色。

雖然cryo-EM的早期迭代很難與X射線晶體學(xué)的極高圖像分辨率特性競爭，但該領(lǐng)域的快速發(fā)展現(xiàn)在使cryo-EM能夠生成分辨率接近原子的驚人的大分子圖像。

在這項新的研究中，Abhishek Singharoy和他的同事們證明了通過提取以前埋藏在冷凍EM數(shù)據(jù)中的有價值的信息，可以將冷凍EM推至更高的定義。

Singharoy說，“現(xiàn)在，我們可以在模擬過程中一張一張地看到最小的自由能路徑?！薄耙郧?，不可能看到能量上可行的分子膜?，F(xiàn)在，低溫電磁學(xué)、機器學(xué)習(xí)和分子動力學(xué)模擬已經(jīng)讓我們做到了這一點?！?/p>

威斯康星大學(xué)密爾沃基分校物理系的第一作者Ali Dashti和Ghoncheh Mashayekhi以及亞利桑那州立大學(xué)的研究員Mrinal Shekhar加入了Abhishek。這項新的研究是五個小組合作的結(jié)果:密爾沃基威斯康星大學(xué)的Abbas Omazd和Peter Schwander，哥倫比亞醫(yī)學(xué)中心的Joachim Frank，紐約城市大學(xué)的Amedee des Georges和亞利桑那州立大學(xué)的Singharoy。

這項研究成果發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

應(yīng)用合著者Abbas Ourmazd和2017年諾貝爾化學(xué)獎得主Joachim Frank首次提出的新策略，該方法涉及幾何機器學(xué)習(xí)和經(jīng)典分子動力學(xué)模擬的數(shù)學(xué)技術(shù)，有助于研究人員捕捉重要鈣通道ryanodine受體1型的瞬時運動?？梢院推渌肿咏Y(jié)合。一旦受體被特定的結(jié)合分子觸發(fā)，受體的細微構(gòu)象變化對骨骼肌和心肌的收縮起著關(guān)鍵作用。