Verbesserung der Dichtekarten durch Entfernen der Mehrheit der Partikel in den finalen Stacks der kryogenen Elektronenmikroskopie mit Einzelpartikeln

Die kryogene Elektronenmikroskopie ist unerlässlich, um die atomaren Strukturen biologischer Makromoleküle zu bestimmen. Obwohl es sich auf die Mittelung zahlreicher Bilder mit geringem Signal-Rausch-Verhältnis stützt, bleibt die optimale Anzahl von Teilchen, die für eine spezifische Auflösung benötigt werden, unbekannt. Diese Einschränkung behindert den Fortschritt bei der Probenanalyse und -vorbereitung.

Um diesem Problem entgegenzuwirken, führen wir eine iterative Sortiermethode ein, CryoSieve. Die Standardprotokollauswahl umfasst die zweidimensionale und dreidimensionale Klassifizierung, andere Protokollsortierungskriterien wie die normalisierte Kreuzkorrelationsmethode, der Angulargraph-Consistency-Ansatz und die Non-Alignment-Klassifizierung werden derzeit verwendet. Umfangreiche Experimente zeigen, dass CryoSieve andere Kryo-EM-Partikelsortieralgorithmen übertrifft und zeigt, dass die meisten Partikel in den endgültigen Stapeln unnötig sind.

Die Minderheit der Partikel, die in den finalen Stapeln verbleiben, ergibt eine sehr hochauflösende Amplitude in rekonstruktiven Dichtekarten. Bei einigen Datensätzen nähert sich die Größe der feinsten Teilmenge der theoretischen Grenze. Bei der Kryo-EM behindert die Probenvorbereitung den Arbeitsablauf.

Aufgrund des Mangels an Standardmetriken für den Protokollvergleich könnte das Verhältnis von ausgewählten zu gesammelten Partikeln als Qualitätsmetrik dienen. Die Untersuchung ihrer räumlichen und zeitlichen Verteilung kann auch wichtige physikalische Faktoren für die Wirksamkeit der Zubereitung aufzeigen.