用期望最大化算法解决串行飞秒晶体学（SFX）中的索引模糊性

同步辐射源下的大分子晶体学已被证明是结构生物学中最具影响力的方法，自诞生以来产生了数千种结构。虽然它的实用性有助于提高我们对分子结构的认识，但它也受到一些限制，例如需要大的衍射良好的晶体，以及可能妨碍天然结构测定的辐射损伤。最近X射线自由电子激光器（XFEL）的出现及其在串行飞秒晶体学（SFX）新兴领域的实现，对现有的晶体学约束条件进行了显著扩展，使结构生物学家能够进入以前限制的科学领域。SFX依靠持续时间为飞秒的异常明亮的微聚焦X射线脉冲，以串行方式探测纳米/微米大小的晶体。这就产生了由单个快照组成的数据集，每个快照捕获了单晶在随后破坏之前在随机方向上的布拉格衍射。因此，即使在室温下，也可以在避免辐射损伤的同时进行结构说明。这一新兴领域为纳米晶生成、样品输送和数据处理培育了新方法。本文回顾了SFX内部的机遇和挑战。

本文提供了一个循序渐进的指南，指导如何使用CrystalEL软件处理来自X射线自由电子激光器或同步加速器光源的串行晶体学数据。鉴于之前的论文已经描述了理论和算法及其基本原理，本文从用户的角度描述了要执行的步骤，包括命令行示例。

处理X射线自由电子激光（XFEL）衍射图像带来了挑战，因为XFEL脉冲的强度足以破坏或损坏衍射体，因此每个体积只能产生一个衍射图像。此外，晶体在飞秒脉冲期间是静止的，因此通常只记录部分反射。因此，每个XFEL衍射图像都必须单独缩放，理想情况下，在合并之前对偏倚进行校正。当Bravais晶格的对称性高于空间群的对称性时，或者当单位-细胞的尺寸彼此相似时，由于索引的模糊性，可能会产生额外的复杂性。这里，提出了一种基于Brehm–Diederichs算法的自动方法来诊断这些索引模糊性[Brehm&Diederich（2014），Acta Cryst.D70，101–109]，并为大多数衍射图像生成一致的索引选择。该方法应用于从神经元SNARE–complexin-1–synaptotagmin-1复合体晶体测量的XFEL衍射数据集。在纠正索引模糊性后，合并统计数据和原子模型细化R值有了显著改进。这种方法应该是对XFEL衍射数据集处理工具库的有用补充。