Пузырьковая визуализация
Воображение пузырьковой диаграммы — это технологическое устройство, разработанное в 2012 году доктором Аласдером Стивеном из Лаборатории исследований структурной биологии NIAMS в сотрудничестве с доктором Линдси Блэком из Медицинской школы Университета Мэриленда. [ 1 ] Когда устройство или метод используется в исследовательской и медицинской областях для идентификации белковых структур вирусов и бактерий. Трехмерная компьютерная реконструкция (компьютерная анимация, графика и виртуальная реальность для захвата таких изображений) также используется для восстановления исходных изображений образцов до их уничтожения.
Высокая экспозиция рентгеновской кристаллографии (пучки рентгеновских лучей направлены в разные направления структуры белков/бактерий), радиация используется, чтобы увидеть структуры бактерий. Структуры очень чувствительны к излучению, которое уничтожает анализируемый вирус или бактерию. Вам нужна компьютерная 3D-реконструкция, чтобы получить изображения макетов до того, как они будут повреждены. Визуализация пузырьковой диаграммы позволила идентифицировать несколько молекулярных клеток, нуклеиновых кислот и т. д. за счет объединения этих двух основных компонентов в одном методе. Это помогло углубить понимание того, как молекулярные структуры взаимодействуют с вирусами, и способствовать развитию медицинской практики. Важно увидеть или идентифицировать определенные вирусы с помощью пузырьковой визуализации, чтобы создать вакцины или методы лечения для пациентов.
Эволюция
[ редактировать ]Визуализация пузырьковой диаграммы — это недавний метод, созданный для просмотра поверхностей образцов. Предыдущим методом был крио-ЭМ, который также служил той же цели для идентификации структур бактерий, вирусов и белков. У крио-ЭМ были некоторые дефекты, которые не могли полностью запечатлеть внутренние структуры, поскольку структуры были повреждены радиацией еще до того, как удалось получить какие-либо изображения. Итак, именно здесь на сцену выходит визуализация пузырьковых диаграмм.
Криоэлектронная микроскопия (крио-ЭМ)
[ редактировать ]Криоэлектронная микроскопия (криоЭМ) — это первый метод, который позволил ученым получать изображения частиц и структур на поверхности вирусов. Используется электронный микроскоп, поэтому электроны освещают наблюдаемые вирусы или бактерии. Свет управляется под разными углами, что создает множество изображений бактериальной структуры. Излучение испускается электронами, поскольку они летят на высоких скоростях. Однако это излучение повреждает исходные структуры. Таким образом, исследователям пришлось найти альтернативы тому, где они могли бы запечатлеть моменты до того, как структуры были очернены. [ 2 ]
Как была создана Bubblegram Imaging
[ редактировать ]В январе 2012 года пузырьковая визуализация заменила крио-ЭМ, поскольку она отображала точные изображения структур и клеточных комплексов. Исследователи обнаружили, что из-за высокого радиационного воздействия внутренние структуры образцов выглядели как слипшиеся вместе пузыри. Поэтому они назвали эту технику в честь пузырьграммы . [ 3 ] Баблграмма — это блок стекла или прозрачного пластика, внутри которого есть специальная гравировка, благодаря которой, перемещая блок, можно увидеть все углы и детали любого напечатанного изображения. Компьютерные изображения помогают исследователям распознавать и видеть трехмерные углы сборки объектов, что является еще одной характеристикой, похожей на пузырьковую диаграмму.
Трехмерная компьютерная реконструкция
[ редактировать ]Трехмерная компьютерная реконструкция — это когда образец, предмет или объект наблюдают под указанным компьютером, а затем воссоздают на компьютере с помощью виртуальных технологий. В этом процессе вы пытаетесь реконструировать наблюдаемый объект с помощью 2D-изображений или предыдущих фотографий объекта. Благодаря рентгеновской кристаллографии структуры подвергаются воздействию радиации, поэтому компьютер может манипулировать изображением белковых структур, чтобы увидеть их поверхность за несколько секунд до того, как она подверглась воздействию рентгеновских лучей. Компьютер способен создавать изображения, на которых разные части поверхности выделяются разными цветами или оттенками, чтобы исследователям было легче идентифицировать внутреннюю сборку. Он обеспечивает точные углы 2D-изображения за счет использования передовых точек обзора, освещения и технологических компонентов. Компьютер имеет калибровку камеры, которая включает внутренние и внешние параметры, что позволяет извлечь все определенные особенности структуры. [ 4 ]
- Внутренний параметр — внутренние свойства камеры, например, то, как она фокусируется на различных длинах, оптике и общем качестве изображения.
- мира. Внешние параметры – это то, как камера взаимодействует с окружением и коррелирует с трехмерными точками
Рентгеновская кристаллография
[ редактировать ]Рентгеновская кристаллография является одним из важнейших компонентов визуализации пузырьковых диаграмм, поскольку это процесс использования рентгеновского излучения для идентификации структур и поверхностей образцов. Испускаемое электромагнитное излучение исходит от заряженных электронов, которыми управляют, чтобы выявить структуры, сформированные белком.
Рентгеновская кристаллография — инструмент, способный идентифицировать структуру кристалла на молекулярном и атомном уровнях; с помощью электромагнитного излучения в виде специфических рентгеновских лучей. В процессе рентгеновской кристаллографии образуются облака электронов, и эти облака имеют длину волны, эквивалентную рентгеновскому излучению. Вот почему свет, рассеянный электронами, называется «дифракцией». Дифракция электронов — это узоры, образующиеся из электронных лучей, которые помогают локализовать атомы в кристаллической структуре. Электронные пучки — это потоки заряженных электричеством электронов, которые отклоняются, заряжаются и сталкиваются друг с другом, создавая необходимые узоры. [ 5 ] электроны, которые играют огромную роль в результате (подробнее объясните дифракцию). После определения атомов они могут затем проанализировать плотность электронов, чтобы составить карту структуры белка с помощью расчета преобразования Фурье . Преобразование Фурье — это расчет, который необходимо использовать при вычислении частот, присутствующих в конструкции, с помощью расчета преобразования Фурье. Преобразование Фурье — это расчет, который необходимо использовать при вычислении частот, присутствующих в функции или эксперименте. Эти расчеты обычно выполняются с помощью компьютеров, поскольку их программное обеспечение можно запрограммировать для поиска решения. [ 6 ]
Для успешного просмотра макетов на молекулярном уровне требуется немало шагов, поэтому метод визуализации пузырьковых диаграмм настолько полезен, поскольку он использует рентгеновскую кристаллографию вместе с компьютерной 3D-реконструкцией для создания точных изображений, которые будут продолжать совершенствовать области исследований и медицины.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ « Визуализация «пузырьковой диаграммы»: новый подход к рассмотрению внутренней работы вирусов» . ScienceDaily . Проверено 9 ноября 2023 г.
- ^ Заяц, Патрисия Дж.; Мок, Венди В.К. (2023). «Лабораторная культура: как ученые выращивают и изучают бактерии?» . Границы для молодых умов . 11 . дои : 10.3389/фрим.2023.1004133 .
- ^ Ву, Вэйминь; Ченг, Найцянь; Стивен, Аласдер К.; Фонтана, Хуан (июль 2017 г.). «Применение пузырькограммной визуализации» . Микроскопия и микроанализ . 23 (S1): 1258–1259. Бибкод : 2017MiMic..23S1258W . дои : 10.1017/S143192761700695X . ISSN 1431-9276 . S2CID 136307252 .
- ^ ВК (17.07.2023). «Базовая терминология 3D-реконструкции (традиционный подход компьютерного зрения)» . Середина . Проверено 9 ноября 2023 г.
- ^ «Электронный луч | Ионизация, Заряженные частицы, Ускорение | Британника» . www.britanica.com . Проверено 9 ноября 2023 г.
- ^ говорит доктор Саад Б. Х. Фарид (14 октября 2019 г.). «Что такое рентгеновская кристаллография?» . Новости-Medical.net . Проверено 9 ноября 2023 г.