用户友好型、高通量和全自动数据采集软件，用于单颗粒冷冻电子显微镜

单颗粒冷冻电镜已成为生物大分子高分辨率结构测定的主流结构生物学技术¹。单颗粒重建依赖于获取大量玻化样品的显微照片来提取二维（2D）颗粒图像，然后用于重建生物大分子的三维（3D）结构^2，3。在DED开发之前，单粒子重建获得的分辨率在4到30 ^Å4，5之间。最近，单颗粒冷冻电镜可实现的分辨率已超过1.8 ^Å6。DED和自动数据采集软件是这一分辨率革命⁷的主要贡献者，其中人为数据收集干预最少。通常，冷冻电镜成像以低电子剂量率（20-100 e / ^Å2）进行，以最大限度地减少电子束引起的生物样品辐射损伤，这有助于图像中的低信噪比（SNR）。这种低SNR阻碍了使用单颗粒分析表征生物大分子的高分辨率结构。

新一代电子探测器是基于CMOS（互补金属氧化物半导体）的探测器，可以克服这些与SNR相关的低障碍。这些直接检测CMOS相机可以快速读出信号，因此相机为生物大分子提供了更好的点扩散功能，合适的SNR和出色的检测量子效率（DQE）。直接检测相机在记录的图像中提供高^SNR8 和低噪声，从而定量提高检测量子效率（DQE） – 测量探测器向图像增加的噪声量。这些相机还以每秒数百帧的速度录制短片，从而实现快速数据采集^9，10。所有这些特性使得快速直接检测相机适用于低剂量应用。

运动校正堆栈图像用于数据处理，以计算2D分类，并使用各种软件包（如^{RELINE11，FREALIGN12}，cryoSPARC13，cisTEM14和^EMAN215）重建大分子的^3D密度图。然而，对于单粒子分析，需要一个巨大的数据集来实现高分辨率结构。因此，自动数据采集收费对于数据收集至关重要。为了记录大型冷冻电镜数据集，在过去十年中已经使用了几个软件包。专用软件包，如^AutoEM16，AutoEMation17，Leginon18，^SerialEM19，UCSF-Image420，^TOM221，^SAM22，^JAMES23，JADAS24，EM-TOOLS和EPU，已经开发用于自动数据采集。

这些软件包使用常规任务，通过将低倍率图像与高倍率图像相关联来自动查找孔位置，这有助于识别具有专有冰厚的玻璃体冰的孔，以便在低剂量条件下进行图像采集。这些软件包通过连续几天获取大量高质量数据，减少了重复性任务的数量，并提高了冷冻电镜数据收集的吞吐量，没有任何中断和操作员的物理存在。Latitude-S是一个类似的软件包，用于单颗粒分析的自动数据采集。但是，该软件包仅适用于K2 / K3 DED，并随这些探测器一起提供。

该协议证明了Latitude-S在使用配备200 keV冷冻电镜的直接电子探测器自动图像采集SARS-CoV-2刺突蛋白方面的潜力（见 材料表）。利用该数据采集工具，自动采集3000个SARS-CoV-2刺突蛋白电影文件，并进行进一步的数据处理，得到分辨率为3.9-4.4Å的刺突蛋白结构。