2010cb912400-基于冷凍電子顯微鏡學(xué)的生物大分子的高時(shí)空分辨率的結(jié)構(gòu)和功能研究

1、項(xiàng)目名稱：基于冷凍電子顯微鏡學(xué)的生物大分子的基于冷凍電子顯微鏡學(xué)的生物大分子的高時(shí)空分辨率的結(jié)構(gòu)和功能研究高時(shí)空分辨率的結(jié)構(gòu)和功能研究首席科學(xué)家：高海嘯高海嘯清華大學(xué)清華大學(xué)起止年限：20102010年1月20142014年8月依托部門：教育部教育部效率高十倍以上。此外，AutoEMation還能自動(dòng)地在低電子輻照劑量下根據(jù)樣品情況選擇在同一個(gè)孔洞中的不同區(qū)域多次拍攝，從而大大提高了樣品的利用率。而這在手工電鏡數(shù)據(jù)采集中是無(wú)法做到的。A

2、utoEMation目前已經(jīng)在哥倫比亞大學(xué)、德州大學(xué)休斯頓醫(yī)學(xué)中心、哈佛大學(xué)等多家冷凍電鏡研究機(jī)構(gòu)全面運(yùn)轉(zhuǎn)或試運(yùn)轉(zhuǎn)，并已多次穩(wěn)定地對(duì)單個(gè)樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集一周以上，迄今共收集十余萬(wàn)張CCD照片。在本課題中，我們將在AutoEMation現(xiàn)有的核心構(gòu)架的基礎(chǔ)上，開發(fā)一套完備的高通量和全自動(dòng)化的電鏡數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。首先，針對(duì)目前AutoEMation還只能運(yùn)行在美國(guó)FEI公司的Tecnai系列冷凍電鏡上的限制，將其擴(kuò)展到我們剛剛在清華大學(xué)

3、和中科院生物物理所購(gòu)置的TitanKrios冷凍電鏡平臺(tái)上。需要指出的是，目前還沒(méi)有任何針對(duì)TitanKrios冷凍電鏡的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。我們?cè)谶@方面的工作將是國(guó)際上最前沿的。其次，將AutoEMation擴(kuò)展至具有支持單顆粒采集，傾轉(zhuǎn)系列數(shù)據(jù)采集（包括電子斷層分析和單顆粒傾轉(zhuǎn)）等多項(xiàng)重要冷凍電鏡操作功能。最后，在自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)電鏡數(shù)據(jù)的預(yù)處理、預(yù)篩選，并由此探索和優(yōu)化電鏡樣品的理想處理和數(shù)據(jù)收集條件，如包埋冰層的最

4、佳厚度、電子束的最佳輻照強(qiáng)度和最佳欠焦范圍等。冷凍電鏡圖像的三維重構(gòu)有很高的計(jì)算需求，特別是其中alignment和refinement的計(jì)算部。在10年前，這些計(jì)算任務(wù)主要是在具有共享內(nèi)存架構(gòu)和多處理器的專用計(jì)算機(jī)上完成。隨著對(duì)分辨率的要求越來(lái)越高，所需要處理的電鏡圖像的數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此，過(guò)去那種依賴于昂貴的專用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理方式已不再可行，而需要采用以LINUX為操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)集群。在本課題中，我們將會(huì)針對(duì)高性能并行化這