在钻石光源XChem设施实现高效的片段筛选

位于 Diamond Light Source 的 XChem 设施提供常规的、大规模晶体学片段筛选服务，支持从晶体到数据提交的整个流程。X 射线晶体学是基于片段的药物发现（FBDD）工具包中的关键组成部分。该技术具有足够的灵敏度，可识别弱结合配体，并直接提供分子水平上相互作用的结构信息。

基于片段的药物发现是先导化合物发现中广泛使用的一种策略。该方法已有六种药物获批用于临床，并有超过50种分子进入临床试验。XChem平台在效率和进步方面相较于传统浸泡方法、数据收集和分析方法的优势，通过可视化方式展现最为明显。

首先选择晶体和化合物的位置。在电脑上打开 TextRank，然后从右下角的列表中或通过在左上角的框中输入条形码来选择晶体板。选择正确的图像格式和单孔视图。

在寻找实验所需合适晶体的过程中，当浏览液滴图像时，若需向液滴中添加溶剂或化合物且避免触碰晶体，应在液滴内远离晶体的位置单击鼠标右键。打开 Echo 软件，选择“新建”以使用声波移液器分配溶液。选择正确的源孔板和液体类型。

确保选择正确的板类型作为目标板。然后勾选自定义选项并继续。选择导入，并选取相应的批处理文件。

然后按照软件提示完成导入步骤。使用板图检查待分配的溶液及其目标位置。随后根据弹出的提示运行程序。

将源板中的溶液加入选定的结晶液滴中。将该板放入培养箱中孵育所需时间。使用半自动晶体收获装置收获晶体时，按下启动工作流程按钮，移至第一个选定的孔位。

如果晶体仍然完好，将其装入环中并迅速浸入液氮，放置于列表中第一个样品托的位置一。从界面中选择该晶体的适当描述。如果液滴为化合物浸泡样品，需记录该化合物的状态描述。

如果晶体成功装样，请选择“mounted”；否则，选择“fail”。晶体收获完成后，将载样托盘送至条形码扫描仪，依次放入支架中，逐个扫描托盘和载样针的条形码。扫描完成后，为托盘盖上盖子，并将其存放在液氮储存杜瓦瓶中。

为了重新收集偏心的样品，请查看 ISPyB 中的样品更换器视图，并按自动处理分辨率（AP 分辨率）排序，以从绿色到红色的颜色梯度对样品进行分级。单击样品，检查是否存在红色或黄色的样品。然后检查晶体快照，确认晶体是否已被居中定位。

要通过 XChem Explorer 或 XCE 获取并分析 Diamond 的自动处理结果，请在终端中进入 processing 子文件夹，并使用别名 XCE 打开 XChem Explorer。在“概览”选项卡中，选择“从数据源更新表格”按钮，以刷新实验数据的摘要。在“设置”选项卡下，选择数据采集目录，然后打开“数据集”选项卡。

从“选择目标”下拉菜单中选择目标，然后从数据集下拉菜单中选择“从自动处理获取新结果”，并点击运行。若要使用 Dimple 计算初始电子密度图，请打开“电子密度图”标签页，从下拉菜单中选择参考模型，选择所需的数据集，然后对选定的 MTZ 文件运行 Dimple。若要生成配体限制文件，请选择所需的数据集，然后从“电子密度图与限制文件”下拉菜单中选择为选定化合物创建 SCF、PDB 或 PNG 文件。

为了使用Panda识别命中结果，请选择Pandas选项卡，确保输出目录已正确定义，然后从命中识别下拉菜单中运行panda.analyze。要分析Panda识别出的命中结果，请运行panda.analyze。

从“命中识别”下拉菜单中进行检查。使用Panda控制面板打开Coot。加载Dimple生成的平均密度图和2mFo-DFc图，以便与事件图和模型进行比较。

一旦完成配体拟合，在切换到其他事件之前，请单击“将配体与模型合并”并保存模型，以避免丢失对结合态模型所做的任何更改。使用事件注释字段对结合事件进行标注，并使用记录位点信息功能标注结合位点。当所有可行的配体均根据事件图完成建模、合并和保存后，关闭 panda.inspect。

将Panda检测模型导出回项目目录，并对选定的数据集启动初步的精修，此时精修结果将在精修选项卡中可见。用于X射线晶体学片段筛选的XChem分析流程已得到极大优化，推动了其在科学界的应用。该图表展示了从2015年至2019年用户计划的使用情况与整合进展，包括2019年区块分配组的建立，以及平台在2020年COVID-19大流行期间展现出的稳定性。

成功的筛选可获得靶蛋白上潜在相互作用位点的三维图谱。一个典型结果是 SARS-CoV-2 主蛋白酶的 XChem 筛选，其中酶的活性位点和亚口袋等已知关注位点以黄色显示。

假定的变构位点（例如参与蛋白质-蛋白质相互作用的位点）以洋红色显示，通常被视为假阳性的晶体堆积界面以绿色显示。历史上，将晶体学作为主要的片段筛选方法一直存在困难。本研究记录了从样品制备到最终结构解析的 XChem 管道全流程方案。

晶体学片段筛选补充了其他生物物理技术，通常对于将片段命中化合物推进至先导化合物至关重要。该方法可应用于任何药物发现靶点类别。