A new metric for assessing anomalous data quality in sulphur SAD experiments

Storm, Selina Lea Sophie ORCID

A metric for assessing the anomalous data quality based on the sulphur signal in single wavelength anomalous diffraction (SAD) experiments as applied to protein crystallography is presented. For doing so, SAD experiments were performed on five thaumatin crystals with a top-hat beam profile at an energy of 8 keV on the beamline P14 of PETRA III. To investigate the influence of radiation damage on the data quality, crystals smaller than the beam were chosen to enable even illumination. Data were collected with high multiplicity in set-ups with and without compound refractive lenses (CRL). The data were processed with XDS and the data quality was analysed with an emphasis on the influence of radiation damage quantified with the program RADDOSE-3D, but also regarding other factors impairing the data quality, such as instrumental errors. It could be shown that the data are nearly identical within experimental error. The substructure of both 360 degree wedges and accumulated data were processed with SHELXD. The best substructure dependent on the amount of data as well as the substructure quality were analysed with SITCOM based on the known solution of the structure. As this method for finding the balance between multiplicity and radiation damage implies the knowledge of the protein structure, a program was developed in Python to calculate the average signed anomalous differences for four different space groups based on the intensities of the reflections alone. Based on the mostly normally distributed values, a metric predicated on the widths of the distributions of the data collected in wedges was developed. The ideal amount of data determined with this metric is not only in good agreement with the results based on the known structure. The metric appears also to be sensitive for processes and changes within different resolution shells.

Es wurde eine Metrik zur Charakterisierung der Datenqualität entwickelt, die auf dem anormalen Signal von Schwefel in Proteinkristallographie-Experimenten mit einer Wellenlänge (SAD) basiert. Es wurden SAD-Experimente mit Thaumatinkristallen bei einer Energie von 8 keV an der Beamline P14 (PETRA III) durchgeführt. Um den Einfluss von Strahlenschaden auf die Datenqualität zu untersuchen wurden Kristalle ausgewählt, die kleiner waren als der Strahl und somit einer gleichmäßigen Bestrahlung ausgesetzt waren. Die Daten wurden mit hoher Multiplizität in Aufbauten mit und ohne Röntgenlinsen verwendet. Die Daten wurden mit XDS prozessiert und die Datenqualität analysiert, wobei der Einfluss von Strahlenschaden, der mit dem Programm RADDOSE-3D quantifiziert wurde, im Mittelpunkt stand. Es konnte gezeigt werden, dass die Daten unter Berücksichtigung des experimentellen Fehlers annähernd identisch sind. Die Substruktur der in 360 Grad Umdrehungen gemessenen als auch die der akkumulierten Daten wurden mit SHELXD prozessiert. Die beste Substruktur in Abhängigkeit von der eingehenden Datenmenge als auch die Substrukturqualität wurden auf Grundlage der bekannten Strukturlösung untersucht. Um das Gleichgewicht zwischen Strahlenschaden und Multiplizität zu finden setzt die soeben beschriebene Methode also die Lösung der Struktur voraus. Deshalb wurde ein Programm in Python entwickelt, um die mittleren anormalen Differenzen für vier verschiedene Raumgruppen ausschließlich basierend auf den Reflexintensitäten zu berechnen. Ausgehend von den zumeist normalverteilten Werten wurde eine Metrik entwickelt, die auf den Verteilungsbreiten der in 360 Grad Umdrehungen gemessenen Daten beruht. Die so bestimmte, ideale Datenmenge weist nicht nur eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen auf, die zuvor mithilfe der Lösung der Struktur bestimmt wurden. Ferner scheint die Metrik auch empfindlich gegenüber Prozessen und Veränderungen in unterschiedlichen Auflösungsbereichen.

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Storm, Selina: A new metric for assessing anomalous data quality in sulphur SAD experiments. 2016.

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