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科技日報記者 張佳欣

冷凍電子斷層成像（Cryo-ET）是一種提供細胞環(huán)境和封閉生物分子的詳細三維（3D）圖像的強大技術。由德國馬克斯·普朗克分子生理學研究所研究團隊開發(fā)的一種軟件TomoTwin，可在擁擠的細胞中挑選蛋白質(zhì)。基于深度度量學習的這款新開源工具，使科學家能以高精度和高通量定位幾種蛋白質(zhì)，而無需每次手動創(chuàng)建或重新訓練網(wǎng)絡。相關論文發(fā)表在最近的《自然·方法》雜志上。

圖中大分子粒子根據(jù)其結構排列，使用戶能夠識別和定位細胞內(nèi)的不同大分子。圖片來源：德國馬克斯·普朗克分子生理學研究所

TomoTwin軟件克服了許多現(xiàn)有工具的障礙：它學會在斷層圖像中挑選形狀相似的分子，并將它們映射到幾何空間。在學習過程中，它將相似的蛋白質(zhì)放置在彼此附近的系統(tǒng)會得到獎勵，否則會受到懲罰。

該軟件為直接在細胞環(huán)境中自動識別和定位蛋白質(zhì)鋪平了道路，擴大了Cryo-ET的潛力。Cryo-ET有可能破譯生物分子在細胞內(nèi)的工作，并進一步揭示生命的基礎和疾病的起源。

在TomoTwin軟件生成的新圖譜中，研究人員可分離并準確識別不同的蛋白質(zhì)，并利用這一點來定位它們在細胞內(nèi)的位置。此外，該軟件的一個優(yōu)勢是，通過取消訓練步驟，甚至可在本地計算機上運行。

目前，該軟件可在細胞中定位大于15萬道爾頓的球狀蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)復合體。未來，研究團隊的目標是定位膜蛋白、絲狀蛋白和較小尺寸的蛋白。

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