百人博士技术新成果登国际刊物

　　

生物通报道：来自中国科学院生物物理研究所，美国佐治亚大学的研究人员发表了题为“A multi-dataset data-collection strategy produces better diffraction data”的文章，报道了生物大分子晶体衍射数据收集的一种新方法：MDS(Multi-DataSet)，这种数据收集方法在相同X-射线照射剂量下获得的衍射数据质量优于使用传统方法得到的数据质量。这一研究成果公布在晶体学国际权威杂志Acta Crystallographica Section A上。

文章的第一作者和通讯作者之一是来自生物物理研究所刘志杰研究员，他2006年入选“****”，主要研究领域是结构生物学研究。这项研究由其研究组与与美国佐治亚大学汪必成教授实验室合作完成的。

生物大分子晶体衍射，包括蛋白分子晶体衍射方法是分析大分子结构的主要手段之一，晶体的衍射数据含有结晶分子的三维结构信息，它的测定精度直接影响后续的结构解析和最终分子模型的质量和可靠性，是晶体学研究中最为重要的实验数据。

在这篇文章中，研究人员发现在相同的实验条件和晶体接收同等X-射线剂量的情况下，多次重复的MDS数据收集方法通过降低数据收集的误差，可有效提高衍射数据的质量。

为了在实验上证明MDS方法的有效性，他们提出并发展了一种灵敏而简便的利用胰岛素晶体中硫原子反常散射信号强度检测衍射数据质量的实验方法，被称为“Readiness Test”（系统状态检测）。由于在常规的X-射线波长范围内硫原子的反常散射信号非常微弱，该类晶体对衍射数据收集系统和数据收集方案有着苛刻的要求。他们利用此特性从实验上巧妙地证实了MDS方法比传统数据收集方法的优越性，同时指出“Readiness Test”检测方法具有更为广泛的应用价值，例如快速检测数据收集系统状态、反常散射数据收集策略的优化等。

除此之外，近期来自加州大学伯克利分校，SLAC国家加速器实验室等处的研究人员还提出了常温下的X射线延伸技术获得的蛋白结晶结构分析数据更加可靠，他们比对了多种不同蛋白的不同温度分析数据，提出常温中获得的X射线衍射数据能更好的分析蛋白的催化机制和功能。

现代蛋白X射线衍射分析所获得的数据几乎完全基于低温X射线结晶方法获得的数据——通常温度为100K。这主要是因为一般认为低温对于整个蛋白骨架折叠的干扰少，所以低温造成结构分析结果功能上的偏差少。但是在这篇文章中，研究人员提出了一个相反的观点：他们通过比对30种不同蛋白，在低温和常温溶液中结晶结构的X射线衍射数据，发现冷却这一常见步骤会减少蛋白结构动力学分析数据，比如说这个步骤不能揭示氨基酸侧链的构型，这说明常温中获得的X射线衍射数据也许能更好的获得蛋白的动力学数据，和底物相关数据，这对于了解蛋白的催化机制和功能具有重要的意义。

（生物通：万纹）

原文摘要：

A multi-dataset data-collection strategy produces better diffraction data

A multi-dataset (MDS) data-collection strategy is proposed and analyzed for macromolecular crystal diffraction data acquisition. The theoretical analysis indicated that the MDS strategy can reduce the standard deviation (background noise) of diffraction data compared with the commonly used single-dataset strategy for a fixed X-ray dose. In order to validate the hypothesis experimentally, a data-quality evaluation process, termed a readiness test of the X-ray data-collection system, was developed. The anomalous signals of sulfur atoms in zinc-free insulin crystals were used as the probe to differentiate the quality of data collected using different data-collection strategies. The data-collection results using home-laboratory-based rotating-anode X-ray and synchrotron X-ray systems indicate that the diffraction data collected with the MDS strategy contain more accurate anomalous signals from sulfur atoms than the data collected with a regular data-collection strategy. In addition, the MDS strategy offered more advantages with respect to radiation-damage-sensitive crystals and better usage of rotating-anode as well as synchrotron X-rays.