Fast structural dynamics at FELs: bridging the software gap
- Reference number
- ITM17-0455
- Start and end dates
- 190101-221231
- Amount granted
- 7 915 468 SEK
- Administrative organization
- Uppsala University
- Research area
- Life Science Technology
Summary
Amyloid fibers are associated with more than um{20} human diseases ranging from diabetes to Alzheimer's. Still, the initiation of fiber formation has eluded scientists because of the many rapid conformational changes between short-lived states that monomers and short oligomers undergo. This is just one of many examples where structural studies of fast dynamics play an important role in biological systems and where our inability to study such systems prevents research that could benefit millions of people. X-ray free-electron lasers provide a unique opportunity to capture such fast dynamics by producing pulses whose length in time is similar to that of atomic vibrations and data-rates of um{80} million diffraction patterns per day. However, the algorithms needed to identify individual conformations from these huge and noisy data sets are currently lacking. In this project I aim to develop these algorithms and make them available to the growing community. I aim to perform the necessary software design and optimization required to make these algorithms usable to researchers who are not themselves experts in analysis algorithms. This would open up the full potential of FELs to study rapidly changing systems and put this capability at the fingertips of the experts on the specific sample.
Popular science description
Amyloid fibrer finns i våra celler och är inblandade i mer än 20 stycken sjukdomar som drabbar människor, som sträcker sig från diabetes sill Alzheimers. Trots detta så har vi inte lyckats studera hur dessa fibrer bildas eftersom processen går så snabbt att vi inte kan se dem med till exempel elektronmikroskopi. Detta är ett av många exempel på att mycket snabba skeenden på molekylnivå spelar en viktig roll inom biologin och att svårigheten att studera denna typ av dynamik hindrar forskning som annars skulle kunna hjälpa miljontals människor. Röntgenlasrar kan ge oss en unik möjlighet att studera just snabba dynamiska system eftersom de röntgenpulser som de avger är snabbare än biologiska processer, ja till och med lika snabba som vibrationerna hos enskilda atomer. Dessutom är det möjligt att med en röntgenlaser samla in stora mängder data, från upp till 80 miljoner enskilda molekyler per dag. Tyvärr så saknar vi idag etablerade analysprogram för att separera data från de olika varianterna av molekylen, alltså till exempel från de olika tidsrutorna i filmen som visar hur till exempel fibrerna skapas. Målet med det här projektet är att skapa dessa program och göra dem tillräckligt lättanvända för att den växande skara forskare som intresserar sig för denna metod ska kunna använda dem utan att själva behöva bli programmerare. Min målsättning är att alla mjukvarudelar ska vara både tillgängliga och lättanvända, samt att programmet är optimerat för att kunna hantera riktigt stora mängder data. Detta skulle göra det möjligt att till fullo utnyttja potentialen för strukturbiologi som finns hos röntgenlasrar och skulle göra den tillgänglig för strukturbiologer över hela världen att använda på just sina prover.