科学家研发出在三维水平研究细胞的新工具

最近，美国斯克里普斯研究所（TSRI）开发了一种软件，研究人员利用这种软件，能够比以往更详细地研究病毒、细菌和人体组件。

2014年12月1日在《Nature Methods》发表的一项研究中，研究人员展示了这种软件（称为cellPACK）如何可被用来模拟病毒，例如HIV。

本文资深作者、TSRI教授和Anderson研究主席Art Olson指出：“我们希望最终能够提高科学家针对任何疾病的能力。”

检验cellPACK

cellPACK软件解决了结构生物学的一个主要问题。虽然科学家们已经开发出了一些技术，来研究相对较大的结构（例如细胞）和非常小的结构（例如蛋白质），但它一直难以在中等的“中尺度”范围内可视化这些结构。

利用cellPACK，研究人员可以迅速有效地处理他们所收集的较小结构的数据，并在这种中等尺度范围内装配模型。以前，研究人员必须手工创建这些模型，这需要数周或数月的时间，而使用cellPACK则只需要几小时。

作为该软件能力的一个示范，这项新研究的作者创建了一种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。

这种新模型检验了HIV研究人员通过超分辨率显微镜研究得出的一个结论：spike蛋白在不成熟病毒表面是随机分布的。但是，通过使用cellPACK生成数千个模型，检验替代假设，研究人员发现，分布并不是随机的。Olson说：“我们证明，该软件解释的分布，与那个假设并不匹配。”

一个团队的努力

cellPACK软件开始是作为TSRI研究生Graham Johnson的论文题目，现在他是加州大学旧金山分校（UCSF）一名QB3研究员，继续从事这个项目。Johnson曾经有15年的医学绘图员的经历，他想创建一种容易的方法来可视化中尺度结构。cellPACK是Johnson的autoPACK软件的一个扩展，这个软件可标出材料的密度，从一个建筑物的混凝土到动脉中的红血细胞。

研究人员将cellPACK视为一项团队努力的结果，他们已经将autoPACK和cellPACK软件设为免费开放获取。成千上万的人已经从http://www.autopack.org下载该软件。

美国国立卫生研究院国家全科医学科学研究所的Veersamy Ravichandran博士指出：“随着cellPACK的产生，Olson博士及其同事已经成功解决了将不同来源和多尺度数据整合到虚拟模型（可以模拟细胞内生物相关的分子相互作用）的挑战。这种用户界面友好的工具，为以实验室之间合作的方式进行数据分析和模拟，提供了一种新的平台。”

随着来自科学界的新信息，研究人员将改进这种软件，使其能模拟新的形状。Olson说：“使其成为开放资源，会使这种工具更为强大。现在软件是可用的，而且非常有用，但是它将来真的是一种工具。”

原文检索：

Graham T Johnson, Ludovic Autin, Mostafa Al-Alusi, David S Goodsell, Michel F Sanner&Arthur J Olson. cellPACK: a virtual mesoscope to model and visualize structural systems biology. Nature Methods, 01 December 2014; doi:10.1038/nmeth.3204