Single particle analysis
একক কণা বিশ্লেষণ হল সম্পর্কিত কম্পিউটারাইজড ইমেজ প্রসেসিং কৌশলগুলির একটি গ্রুপ যা ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (টিইএম) থেকে চিত্র বিশ্লেষণ করতে ব্যবহৃত হয়। এই পদ্ধতিগুলি কণা নমুনা, সাধারণত প্রোটিন বা ভাইরাসের মতো অন্যান্য বড় জৈবিক সত্তার টিইএম চিত্র থেকে প্রাপ্ত তথ্যের উন্নতি ও সম্প্রসারণের জন্য তৈরি করা হয়েছিল। দাগযুক্ত বা দাগহীন কণাগুলির পৃথক চিত্রগুলি খুব কোলাহলপূর্ণ এবং ব্যাখ্যা করা এত কঠিন। অনুরূপ কণাগুলির বেশ কয়েকটি ডিজিটাইজড চিত্রের সংমিশ্রণ আরও শক্তিশালী এবং আরও সহজে ব্যাখ্যাযোগ্য বৈশিষ্ট্য সহ একটি চিত্র দেয়। এই কৌশলের একটি সম্প্রসারণ কণার ত্রিমাত্রিক পুনর্গঠন তৈরি করতে একক কণা পদ্ধতি ব্যবহার করে। ক্রায়ো-ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি ব্যবহার করে সাব-ন্যানোমিটার রেজোলিউশন এবং নিকট-পারমাণবিক রেজোলিউশনের সাথে পুনর্গঠন তৈরি করা সম্ভব হয়েছে প্রথমে অত্যন্ত প্রতিসম ভাইরাসের ক্ষেত্রে এবং এখন ছোট, অসম প্রোটিনগুলিতেও। একক কণা বিশ্লেষণ ইনডিউসড কাপল্ড প্লাজমা মাস স্পেকট্রোস্কোপি (আইসিপি-এমএস) দ্বারাও করা যেতে পারে। কৌশল একক কণা বিশ্লেষণ নেতিবাচকভাবে দাগযুক্ত এবং কাঁচের বরফ-এমবেডেড ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন ক্রায়োমাইক্রোস্কোপি (ক্রায়োটিইএম) নমুনা উভয়ের উপরই করা যেতে পারে। একক কণা বিশ্লেষণ পদ্ধতিগুলি, সাধারণভাবে, নমুনাটি সমজাতীয় হওয়ার উপর নির্ভরশীল, যদিও গঠনমূলক বৈচিত্র্য নিয়ে কাজ করার কৌশলগুলি তৈরি করা হচ্ছে। ছবিগুলি (মাইক্রোগ্রাফ) একটি ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপ দিয়ে চার্জ-কাপল্ড ডিভাইস (সিসিডি) ডিটেক্টর ব্যবহার করে একটি ফসফোরেসেন্ট স্তরের সাথে যুক্ত করা হয় (অতীতে, এগুলি পরিবর্তে ফিল্মে সংগ্রহ করা হত এবং উচ্চমানের স্ক্যানার ব্যবহার করে ডিজিটালাইজ করা হত)। ইমেজ প্রসেসিং বিশেষ সফ্টওয়্যার প্রোগ্রাম ব্যবহার করে করা হয়, যা প্রায়শই মাল্টি-প্রসেসর কম্পিউটার ক্লাস্টারে চলে। নমুনা বা কাঙ্ক্ষিত ফলাফলের উপর নির্ভর করে, দ্বি-বা ত্রিমাত্রিক প্রক্রিয়াকরণের বিভিন্ন পদক্ষেপ করা যেতে পারে। উপরন্তু, একক কণা বিশ্লেষণ একটি আইসিপি-এমএস ইউনিট ব্যবহার করে একটি পৃথক কণা মোডেও করা যেতে পারে। সারিবদ্ধকরণ এবং শ্রেণিবিন্যাস জৈবিক নমুনা, এবং বিশেষত পাতলা কাঁচের বরফের মধ্যে এম্বেড করা নমুনাগুলি অত্যন্ত বিকিরণ সংবেদনশীল, সুতরাং নমুনাটি চিত্র করার জন্য শুধুমাত্র কম ইলেকট্রন ডোজ ব্যবহার করা যেতে পারে। এই কম মাত্রা, সেইসাথে ব্যবহৃত ধাতব দাগের বৈচিত্র্য (যদি ব্যবহার করা হয়) মানে যে কণাটি পর্যবেক্ষণ করা হচ্ছে তার দ্বারা প্রদত্ত সংকেতের তুলনায় চিত্রগুলির উচ্চ শব্দ রয়েছে। বেশ কয়েকটি অনুরূপ চিত্র একে অপরের সাথে সারিবদ্ধ করে যাতে তারা রেজিস্টারে থাকে এবং তারপরে তাদের গড় করে, উচ্চতর সংকেত-থেকে-শব্দ অনুপাত সহ একটি চিত্র পাওয়া যেতে পারে। যেহেতু গোলমাল বেশিরভাগ এলোমেলোভাবে বিতরণ করা হয় এবং অন্তর্নিহিত চিত্রটি ধ্রুবক বৈশিষ্ট্যযুক্ত, তাই বেশ কয়েকটি চিত্রের উপর প্রতিটি পিক্সেলের তীব্রতার গড় দ্বারা কেবল ধ্রুবক বৈশিষ্ট্যগুলি শক্তিশালী করা হয়। সাধারণত, একটি ছবি অন্যটির উপর ম্যাপ করার জন্য সর্বোত্তম সারিবদ্ধকরণ (একটি অনুবাদ এবং একটি সমতল ঘূর্ণন) ক্রস-কোরিলেশন দ্বারা গণনা করা হয়। যাইহোক, একটি মাইক্রোগ্রাফ প্রায়শই একাধিক ভিন্ন অভিমুখীকরণ এবং/অথবা বিন্যাসে কণাগুলি ধারণ করে এবং তাই আরও প্রতিনিধিত্বমূলক চিত্র গড় পেতে, অনুরূপ কণার চিত্রগুলিকে একাধিক সেটে একত্রিত করার জন্য একটি পদ্ধতির প্রয়োজন হয়। এটি সাধারণত একাধিক তথ্য বিশ্লেষণ এবং চিত্র শ্রেণিবিন্যাস অ্যালগরিদমের মধ্যে একটি ব্যবহার করে করা হয়, যেমন বহু-বৈকল্পিক পরিসংখ্যানগত বিশ্লেষণ এবং শ্রেণিবদ্ধ আরোহী শ্রেণিবিন্যাস, বা কে-মানে ক্লাস্টারিং। প্রায়শই হাজার হাজার কণা চিত্রের ডেটা সেট ব্যবহার করা হয় এবং একটি সর্বোত্তম সমাধানে পৌঁছানোর জন্য সারিবদ্ধকরণ এবং শ্রেণিবিন্যাসের একটি পুনরাবৃত্তিমূলক পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়, যার মাধ্যমে শ্রেণিবিন্যাস দ্বারা উত্পাদিত শক্তিশালী চিত্র গড়গুলি পুরো ডেটা সেটের পরবর্তী সারিবদ্ধকরণের জন্য রেফারেন্স চিত্র হিসাবে ব্যবহৃত হয়। ইমেজ ফিল্টারিং (ব্যান্ড-পাস ফিল্টারিং) প্রায়শই ছবিতে উচ্চ এবং/অথবা নিম্ন স্থানিক ফ্রিকোয়েন্সি তথ্যের প্রভাব কমাতে ব্যবহৃত হয়, যা সারিবদ্ধকরণ এবং শ্রেণিবিন্যাস পদ্ধতির ফলাফলকে প্রভাবিত করতে পারে। এটি নেতিবাচক দাগের চিত্রের ক্ষেত্রে বিশেষভাবে কার্যকর। অ্যালগরিদমগুলি দ্রুত ফুরিয়ার রূপান্তর (এফ. এফ. টি) ব্যবহার করে, প্রায়শই নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জগুলিকে দমন করতে পারস্পরিক স্থানে গাউসিয়ান আকৃতির নরম-ধারের মুখোশ ব্যবহার করে। হাই-পাস ফিল্টারগুলি কম স্থানিক ফ্রিকোয়েন্সি (যেমন র্যাম্প বা গ্রেডিয়েন্ট প্রভাব) সরিয়ে দেয়, যা উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সিগুলিকে অক্ষত রাখে। লো-পাস ফিল্টারগুলি উচ্চ স্থানিক ফ্রিকোয়েন্সি বৈশিষ্ট্যগুলি সরিয়ে দেয় এবং সূক্ষ্ম বিবরণের উপর একটি অস্পষ্ট প্রভাব ফেলে। কনট্রাস্ট ট্রান্সফার ফাংশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপে চিত্র গঠনের প্রকৃতির কারণে, উজ্জ্বল ক্ষেত্রের টিইএম চিত্রগুলি উল্লেখযোগ্য আন্ডারফোকাস ব্যবহার করে প্রাপ্ত হয়। এটি, মাইক্রোস্কোপের লেন্স সিস্টেমে অন্তর্নিহিত বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে, পয়েন্ট স্প্রেড ফাংশন হিসাবে দৃশ্যমান সংগৃহীত চিত্রগুলির অস্পষ্টতা তৈরি করে। ইমেজিং অবস্থার সম্মিলিত প্রভাবগুলি কন্ট্রাস্ট ট্রান্সফার ফাংশন (সিটিএফ) নামে পরিচিত, এবং পারস্পরিক স্থানে একটি ফাংশন হিসাবে গাণিতিকভাবে আনুমানিক করা যেতে পারে। বিশেষায়িত চিত্র প্রক্রিয়াকরণ কৌশল যেমন ফেজ উল্টানো এবং প্রশস্ততা সংশোধন/উইনার ফিল্টারিং সিটিএফ-এর জন্য (অন্তত আংশিকভাবে) সংশোধন করতে পারে এবং উচ্চ রেজোলিউশনের পুনর্গঠনের অনুমতি দেয়। ত্রিমাত্রিক পুনর্গঠন ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি চিত্রগুলি বস্তুর মাধ্যমে ঘনত্বের বিতরণ দেখায় এমন বস্তুর অনুমান, মেডিকেল এক্স-রে-র মতো। প্রজেকশন-স্লাইস উপপাদ্য ব্যবহার করে বিভিন্ন কোণ থেকে নেওয়া বস্তুর অনেকগুলি চিত্র (2ডি প্রজেকশন) একত্রিত করে বস্তুটির একটি ত্রিমাত্রিক পুনর্গঠন তৈরি করা যেতে পারে। কাঁচের বরফের প্রোটিনগুলি আদর্শভাবে দিকনির্দেশনার (বা দেখার কোণ) একটি এলোমেলো বিতরণ গ্রহণ করে, যদি প্রচুর সংখ্যক কণার চিত্র ব্যবহার করা হয় তবে মোটামুটিভাবে আইসোট্রপিক পুনর্গঠনের অনুমতি দেয়। এটি ইলেক্ট্রন টমোগ্রাফির সাথে বৈপরীত্যপূর্ণ, যেখানে নমুনা/ইমেজিং সেট আপের জ্যামিতির কারণে দেখার কোণগুলি সীমিত, যা একটি অ্যানিসোট্রপিক পুনর্গঠন দেয়। ফিল্টার করা ব্যাক প্রজেকশন একক কণা বিশ্লেষণে থ্রিডি পুনর্গঠন তৈরির একটি সাধারণভাবে ব্যবহৃত পদ্ধতি, যদিও অনেক বিকল্প অ্যালগরিদম বিদ্যমান। একটি পুনর্গঠন করার আগে, প্রতিটি ছবিতে বস্তুর অভিযোজন অনুমান করা প্রয়োজন। প্রতিটি চিত্রের আপেক্ষিক অয়লার কোণ বের করার জন্য বেশ কয়েকটি পদ্ধতি তৈরি করা হয়েছে। কিছু সাধারণ রেখার উপর ভিত্তি করে (সাধারণ 1ডি প্রজেকশন এবং সাইনোগ্রাম), অন্যরা পুনরাবৃত্তিমূলক প্রজেকশন ম্যাচিং অ্যালগরিদম ব্যবহার করে। পরেরটি একটি সহজ, কম রেজোলিউশনের 3D প্রারম্ভিক মডেল দিয়ে শুরু করে কাজ করে এবং পরীক্ষামূলক চিত্রগুলিকে মডেলের অনুমানের সাথে তুলনা করে এবং একটি সমাধানের দিকে বুটস্ট্র্যাপ করার জন্য একটি নতুন 3D তৈরি করে। অন্তর্নিহিত হেলিকাল প্রতিসাম্যের সুবিধা গ্রহণ করে হেলিকাল নমুনাগুলির (যেমন তামাক মোজাইক ভাইরাস) থ্রিডি পুনর্গঠন করার পদ্ধতিও পাওয়া যায়। এই নমুনাগুলির জন্য বাস্তব স্থান পদ্ধতি (হেলিক্সের বিভাগগুলিকে একক কণা হিসাবে বিবেচনা করা) এবং পারস্পরিক স্থান পদ্ধতি (বিচ্ছুরণ নিদর্শন ব্যবহার করে) উভয়ই ব্যবহার করা যেতে পারে। ভাঁজ পদ্ধতি অণুবীক্ষণ যন্ত্রের নমুনা পর্যায়টি ভাঁজ করা যেতে পারে (সাধারণত একটি একক অক্ষ বরাবর), যা এলোমেলো শঙ্কুযুক্ত ভাঁজ হিসাবে পরিচিত একক কণা কৌশলকে অনুমতি দেয়। নমুনার একটি এলাকা শূন্য এবং উচ্চ কোণ (~ 60-70 ডিগ্রি) উভয় টিল্টে বা অর্থোগোনাল টিল্ট পুনর্গঠনের সম্পর্কিত পদ্ধতির ক্ষেত্রে, + 45 এবং-45 ডিগ্রি উভয় ক্ষেত্রেই চিত্রিত করা হয়। দুটি ভিন্ন টিল্টে (টিল্ট পেয়ার) একই বস্তুর সাথে সম্পর্কিত কণাগুলির জোড়া নির্বাচন করা হয় এবং পরবর্তী সারিবদ্ধকরণ এবং শ্রেণিবিন্যাসের পদক্ষেপে ব্যবহৃত পরামিতিগুলি অনুসরণ করে একটি ত্রিমাত্রিক পুনর্গঠন তুলনামূলকভাবে সহজেই তৈরি করা যেতে পারে। এর কারণ হল প্রতিটি কণার দেখার কোণ (তিনটি অয়লার কোণ হিসাবে সংজ্ঞায়িত) টিল্ট জ্যামিতি থেকে জানা যায়। এলোমেলো শঙ্কু ঢাল থেকে 3D পুনর্গঠন সীমিত পরিসরের অভিমুখের ফলে অনুপস্থিত তথ্য থেকে ভুগছে। অনুপস্থিত শঙ্কু হিসাবে পরিচিত (পারস্পরিক স্থানের আকৃতির কারণে), এটি 3D মানচিত্রে বিকৃতি ঘটায়। যাইহোক, অনুপস্থিত শঙ্কু সমস্যাটি প্রায়শই বেশ কয়েকটি টিল্ট পুনর্গঠনের সংমিশ্রণে কাটিয়ে ওঠা যায়। টিল্ট পদ্ধতিগুলি নেতিবাচকভাবে দাগযুক্ত নমুনার জন্য সবচেয়ে উপযুক্ত, এবং এমন কণাগুলির জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে যা পছন্দসই দিকে কার্বন সাপোর্ট ফিল্মে শোষণ করে। চার্জিং বা বিম-ইনডিউসড মুভমেন্ট নামে পরিচিত ঘটনাটি কাঁচের বরফের নমুনাগুলির উচ্চ-টিল্ট চিত্র সংগ্রহকে চ্যালেঞ্জিং করে তোলে। ম্যাপ ভিজ্যুয়ালাইজেশন এবং ফিটিং বিভিন্ন সফ্টওয়্যার প্রোগ্রাম পাওয়া যায় যা থ্রিডি মানচিত্র দেখার অনুমতি দেয়। এগুলি প্রায়শই ব্যবহারকারীকে ইলেকট্রন ঘনত্বের মধ্যে সাবইউনিটের প্রোটিন স্থানাঙ্কে (এক্স-রে ক্রিস্টালোগ্রাফি বা এন. এম. আর থেকে কাঠামো) ম্যানুয়ালি ডক করতে সক্ষম করে। বেশ কয়েকটি প্রোগ্রাম উপ-ইউনিটকে গণনামূলকভাবে ফিট করতে পারে। একক কণা আইসিপি-এমএস একক কণা-প্ররোচিত সংযুক্ত প্লাজমা-ভর স্পেকট্রোস্কোপি (এসপি-আইসিপি-এমএস) বেশ কয়েকটি ক্ষেত্রে ব্যবহার করা হয় যেখানে পরিবেশগত তরলের নমুনায় স্থগিত কণাগুলি সনাক্ত ও পরিমাণ নির্ধারণ, তাদের স্থানান্তর মূল্যায়ন, কণার আকার এবং তাদের বিতরণ মূল্যায়ন এবং একটি নির্দিষ্ট পরিবেশে তাদের স্থিতিশীলতা নির্ধারণের সম্ভাবনা রয়েছে। 2000 সালে ক্লড ডেগুয়েলড্রে দ্বারা কণা স্থগিতকরণের জন্য এস. পি-আই. সি. পি-এম. এস ডিজাইন করা হয়েছিল। তিনি প্রথম জেনেভা বিশ্ববিদ্যালয়ের ফোরেল ইনস্টিটিউটে এই নতুন পদ্ধতিটি পরীক্ষা করেছিলেন এবং 2002 সালের বসন্তকালীন ই. এম. আর. এস-এর বৈঠকে এবং 2003 সালে কার্যধারায় 'কলয়েড 2ওও2' সিম্পোজিয়ামে এই নতুন বিশ্লেষণাত্মক পদ্ধতিটি উপস্থাপন করেছিলেন। এই গবেষণাটি এস. পি আই. সি. পি-এম. এস-এর তত্ত্ব এবং মাটির কণাগুলির (মন্টমোরিলোনাইট) পাশাপাশি কোলয়েডের অন্যান্য সাসপেনশনের উপর পরিচালিত পরীক্ষার ফলাফল উপস্থাপন করে। এই পদ্ধতিটি তারপর ডিগুয়েলড্রে অ্যান্ড ফেভারগার (2004) দ্বারা থোরিয়াম ডাই অক্সাইড ন্যানো পার্টিকেলস, ডিগুয়েলড্রে এট আল (2004) দ্বারা জিরকোনিয়াম ডাই অক্সাইড এবং সোনার ন্যানো পার্টিকেলস, যা ন্যানোফার্মেসিতে সাবস্ট্রেট হিসাবে ব্যবহৃত হয়, এবং ডিগুয়েলড্রে এট আল (2006) দ্বারা প্রকাশিত হয়েছিল। পরবর্তীকালে, ইউরেনিয়াম ডাই অক্সাইড ন্যানো-এবং মাইক্রো-কণার অধ্যয়ন একটি বিস্তারিত প্রকাশনার জন্ম দেয়, রেফ। দেগুয়েলড্রে এট আল (2006)। 2010 সাল থেকে এস. পি আই. সি. পি-এম. এস-এর প্রতি আগ্রহ বিস্ফোরিত হয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, প্রোটিন সংশ্লেষণ, লিগ্যান্ড বাঁধাই এবং আর. এন. এ মিথস্ক্রিয়া সম্পর্কিত গুরুত্বপূর্ণ তথ্য 7.5 থেকে 25 এ মাঝারি রেজোলিউশনে এই অভিনব কৌশলটি ব্যবহার করে পাওয়া যেতে পারে। মিথেনোকোকাস মেরিপালুডিস চ্যাপেরোনিন, 0.43 ন্যানোমিটার রেজোলিউশনে পুনর্গঠিত। এই ব্যাকটেরিয়াল প্রোটিন কমপ্লেক্সটি অন্যান্য প্রোটিনগুলিকে ভাঁজ করার জন্য একটি যন্ত্র, যা শেলের মধ্যে আটকে যায়। 0. 09 ন্যানোমিটার রেজোলিউশনে খামির থেকে ফ্যাটি অ্যাসিড সিন্থেস। এই বিশাল এনজাইম কমপ্লেক্স কোষীয় জীবনের জন্য প্রয়োজনীয় দীর্ঘ শৃঙ্খল ফ্যাটি অ্যাসিড তৈরির জন্য দায়ী। অ্যাকোয়ারোভাইরাসের একটি 0.33 ন্যানোমিটার পুনর্গঠন। এই ভাইরাসগুলি মাছ এবং অন্যান্য জলজ প্রাণীদের সংক্রামিত করে। এই পুনর্গঠনের যথেষ্ট উচ্চ রেজোলিউশন রয়েছে যাতে অ্যামিনো অ্যাসিড পার্শ্ব শৃঙ্খলের ঘনত্ব সহজেই দৃশ্যমান হয়। প্রাথমিক ডাটাবেস ই. এম. ডেটা ব্যাঙ্ক (ই. এম. ডেটা ব্যাঙ্ক) রেফারেন্স বাহ্যিক লিঙ্ক অণুবীক্ষণ যন্ত্র প্রোটিন কাঠামো চিত্র প্রক্রিয়াকরণ