Nat Meth：在三維水平研究細胞的新工具
日期：2014-12-03 08:58:26
最近，美國斯克里普斯研究所（TSRI）開發(fā)了一種軟件，研究人員利用這種軟件，能夠比以往更詳細地研究病毒、細菌和人體組件。
2014年12月1日在《Nature Methods》發(fā)表的一項研究中，研究人員展示了這種軟件（稱為cellPACK）如何可被用來模擬病毒，例如HIV。
本文資深作者、TSRI教授和Anderson研究主席Art Olson指出：“我們希望最終能夠提高科學(xué)家針對任何疾病的能力。”
檢驗cellPACK
cellPACK軟件解決了結(jié)構(gòu)生物學(xué)的一個主要問題。雖然科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出了一些技術(shù)，來研究相對較大的結(jié)構(gòu)（例如細胞）和非常小的結(jié)構(gòu)（例如蛋白質(zhì)），但它一直難以在中等的“中尺度”范圍內(nèi)可視化這些結(jié)構(gòu)。
利用cellPACK，研究人員可以迅速有效地處理他們所收集的較小結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，并在這種中等尺度范圍內(nèi)裝配模型。以前，研究人員必須手工創(chuàng)建這些模型，這需要數(shù)周或數(shù)月的時間，而使用cellPACK則只需要幾小時。
作為該軟件能力的一個示范，這項新研究的作者創(chuàng)建了一種HIV模型，展示了外部“刺突（spike）”蛋白在不成熟病毒表面是如何分布的。
這種新模型檢驗了HIV研究人員通過超分辨率顯微鏡研究得出的一個結(jié)論：spike蛋白在不成熟病毒表面是隨機分布的。但是，通過使用cellPACK生成數(shù)千個模型，檢驗替代假設(shè)，研究人員發(fā)現(xiàn)，分布并不是隨機的。Olson說：“我們證明，該軟件解釋的分布，與那個假設(shè)并不匹配。”
一個團隊的努力
cellPACK軟件開始是作為TSRI研究生Graham Johnson的論文題目，現(xiàn)在他是加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）一名QB3研究員，繼續(xù)從事這個項目。Johnson曾經(jīng)有15年的醫(yī)學(xué)繪圖員的經(jīng)歷，他想創(chuàng)建一種容易的方法來可視化中尺度結(jié)構(gòu)。cellPACK是Johnson的autoPACK軟件的一個擴展，這個軟件可標出材料的密度，從一個建筑物的混凝土到動脈中的紅血細胞。
研究人員將cellPACK視為一項團隊努力的結(jié)果，他們已經(jīng)將autoPACK和cellPACK軟件設(shè)為免費開放獲取。成千上萬的人已經(jīng)從http://www.autopack.org下載該軟件。
美國國立衛(wèi)生研究院國家全科醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所的Veersamy Ravichandran博士指出：“隨著cellPACK的產(chǎn)生，Olson博士及其同事已經(jīng)成功解決了將不同來源和多尺度數(shù)據(jù)整合到虛擬模型（可以模擬細胞內(nèi)生物相關(guān)的分子相互作用）的挑戰(zhàn)。這種用戶界面友好的工具，為以實驗室之間合作的方式進行數(shù)據(jù)分析和模擬，提供了一種新的平臺。”
隨著來自科學(xué)界的新信息，研究人員將改進這種軟件，使其能模擬新的形狀。Olson說：“使其成為開放資源，會使這種工具更為強大。現(xiàn)在軟件是可用的，而且非常有用，但是它將來真的是一種工具。”
