Ikhtisar

Analisis struktur kriomikroskopi elektron (krio-EM) mencakup alur kerja komputasional yang merekonstruksi struktur makromolekul tiga dimensi dari puluhan ribu gambar proyeksi dua dimensi yang diperoleh oleh mikroskop elektron. Dalam krio-EM partikel tunggal, makromolekul murni yang tertanam dalam es vitreus dicitrakan dalam orientasi acak, dan algoritme canggih menentukan orientasi, mengklasifikasikan keadaan konformasi, dan merekonstruksi peta densitas tiga dimensi pada resolusi hampir atom. Revolusi resolusi dekade terakhir telah menjadikan krio-EM sebagai metode pilihan untuk banyak kompleks makromolekul besar dan fleksibel.

Metode

Jalur pemrosesan komputasional dimulai dengan koreksi gerakan dan estimasi fungsi transfer kontras (CTF) untuk mengoreksi gerakan yang diinduksi berkas dan aberasi optik. Pemilihan partikel: semakin sering dilakukan oleh alat berbasis pembelajaran mendalam seperti Topaz dan crYOLO, mengidentifikasi gambar partikel individu. Klasifikasi 2D mengelompokkan partikel ke dalam kelas homogen, dan klasifikasi 3D memisahkan keadaan konformasi yang berbeda. Rekonstruksi 3D menggunakan metode berbasis Fourier (RELION, cryoSPARC) secara iteratif menyempurnakan parameter orientasi dan membangun peta densitas. Resolusi akhir dinilai dengan kriteria korelasi cangkang Fourier (FSC).

Aplikasi

Krio-EM telah menyelesaikan struktur ribosom, spliceosom, protein membran, dan kapsid virus yang tidak dapat diakses oleh kristalografi sinar-X karena ukuran atau fleksibilitasnya. Peta densitas yang dihasilkan memungkinkan pembangunan model atom, yang divalidasi terhadap prinsip struktur protein yang diketahui. Krio-EM mengungkap arsitektur struktur sel dan organel yang besar, termasuk kompleks pori nuklir dan superkompleks pernapasan mitokondria. Teknik ini bergantung pada teknik mikroskopi untuk penyaringan sampel dan telah menjadi bagian integral dari biologi struktural, dengan analisis komputasional sebagai teknologi inti yang memungkinkan.