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      研究人員制作了第一部病毒三維電影
      
			
      
				2018-12-24 09:10:33
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      由威斯康星大學(xué)密爾沃基分校領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究合作首次創(chuàng)作了一部三維電影，展示了一種準(zhǔn)備感染健康細(xì)胞的病毒。該研究有可能從根本上促進(jìn)我們對(duì)細(xì)胞內(nèi)生物過程如何發(fā)揮作用的理解。這可能會(huì)導(dǎo)致更好地治療由病毒引起的人類疾病。這項(xiàng)壯舉是由UWM物理學(xué)家實(shí)現(xiàn)的，他們開發(fā)了新一代強(qiáng)大的算法，用于從未分類的嘈雜數(shù)據(jù)海洋中重建連續(xù)圖像。
      

      研究人員制作了第一部病毒三維電影
      

      使用最亮和最快的成像設(shè)備 - 加利福尼亞州SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的X射線自由電子激光器(XFEL) - 一個(gè)國際研究團(tuán)隊(duì)收集了數(shù)百萬個(gè)未知方向和狀態(tài)的病毒的“快照”。“過去，科學(xué)家們?cè)噲D通過觀察開始時(shí)的靜態(tài)照片和過程結(jié)束時(shí)的靜態(tài)照片來推斷分子級(jí)生物過程中發(fā)生的事情，”UWM杰出教授Abbas Ourmazd說。“但你不知道兩者之間發(fā)生了什么。通過這種方法，我們可以看到生物機(jī)器發(fā)揮其功能。”
      

      通過結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)，微分幾何，圖論和衍射物理學(xué)的概念，研究人員創(chuàng)建了一種能夠重建序列圖像的算法。
      

      這項(xiàng)工作是與亞利桑那州立大學(xué)的病毒學(xué)家Brenda Hogue教授和SLAC的Linac Coherent Light Source的Andrew Aquila及其同事合作完成的，今天發(fā)表在“ 自然方法 ”雜志上。
      

      為了復(fù)制，病毒侵入了一個(gè)健康細(xì)胞，釋放出它的DNA并有效地劫持細(xì)胞的機(jī)器來制造自身的拷貝。然后排出大量的病毒后代以感染其他細(xì)胞。
      

      研究人員的研究結(jié)果顯示，病毒重新安排其基因組內(nèi)容并形成管狀結(jié)構(gòu)，將其DNA清空成細(xì)胞。
      

      “這項(xiàng)工作為理解病毒在感染過程中所經(jīng)歷的變化提供了一種新方法，”Hogue說。
      

      除了展示這些事件如何展開之外，UWM的研究人員還發(fā)現(xiàn)，病毒基因組的重組和管狀結(jié)構(gòu)的形成不是獨(dú)立事件，而是協(xié)同同步過程的一部分。
      

      大多數(shù)病毒太小，無法用光拍照。XFEL強(qiáng)烈的X射線閃光通過衍射產(chǎn)生納米級(jí)粒子的“快照”。X射線撞擊粒子并以一種模式散射，該模式為數(shù)學(xué)重建提供數(shù)據(jù)。
      

      五年多以前，UWM高級(jí)研究員Ahmad Hosseinizadeh是該論文的第一作者，他開始研究將嘈雜的XFEL快照轉(zhuǎn)換為靜態(tài)3D圖像所需的算法。UWM副教授彼得施萬德說，從那里，與不同背景的科學(xué)家合作取得了進(jìn)展。“人們認(rèn)為不可能做到，”施萬德說。
      

      “自2009年以來，我們一直在開發(fā)算法，以正確的順序重建圖像，因此UWM團(tuán)隊(duì)能夠很好地進(jìn)行這樣的分析，”他說。“但這很困難。我們能夠通過觀察實(shí)驗(yàn)的完成情況并使數(shù)據(jù)科學(xué)適應(yīng)數(shù)據(jù)來使其發(fā)揮作用。”
      
			

			
        
      
			
      
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