2020 Fiscal Year Research-status Report
XFEL単粒子回折画像処理と三次元生体分子構造の復元
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18K14642
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
中野 美紀 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 研究員 (40625894)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | X線自由電子レーザー / 単粒子解析 / 画像解析 / コヒーレントX線イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
X線自由電子レーザー（XFEL）は、ナノスケールの分子構造をを結晶化することなく、自然に近い状態で観察することができる新しい手法である。しかし、ナノメートルの解像度で対象粒子の三次元構造を復元するには、単粒子回折像の選択、検出器上の光子数の補正、バックグランドノイズ除去など、多くの困難なタスクに対処する必要がある。
我々は、SACLAのビームを用いて得られたXFEL回折データから、(110)面と(111)面に囲まれた50nm サイズの金の双晶粒子の三次元構造再構成を試みた。このサンプル形状は、従来の研究で用いられているものと比較し、小さく複雑な形を持ち、三次元構造再構築をより困難にする。
三次元再構成に使用できる単粒子回折像を選択するために、サンプル照射位置のXFELビーム強度に依存しない自己相関関数に基づく特徴ベクトル分析を適用した。バックグラウンドノイズは、回折画像選択プロセスで特定された非ヒット画像を使用して推定した。２次元回折像に対応するサンプル粒子の角度推定は、これまでに我々が開発した slice matching iteration プロトコル を用いた。
回折画像上の光子数は、ビームに対するサンプルの位置や向きによって大きく変動する。我々は、iteration の中で参照構造と回折強度を比較することにより、回折画像の強度補正を行った。
さらに我々は、再構成された3D回折強度分布からバックグラウンドノイズを差し引くと、実空間で復元された粒子構造の品質が大幅に向上することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
コロナ禍で共著者との連絡が滞っていることと、追加の実験が遅れているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までのデータで論文をまとめ、確実に出版する。
本研究では回折像の分類に特徴ベクトルを用いた主成分解析を行った。今後は機械学習を用いた分類法を試し、これまでの手法と比較する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍で学会や出張が大幅に減少したため。
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