AI razkriva prej neznano biologijo – ne moremo vedeti polovice tega, kar je v naših celicah

Raziskovalci na UC San Diego uvajajo Multi-Scale Integrated Cell (MUSIC), tehnologijo, ki združuje mikroskopijo, biokemijo in umetno inteligenco, da bi razkrila prej neznane celične komponente, ki vsebujejo nove namige za človekov razvoj in bolezni. (Umetnikov konceptualni upodobitev.) Zasluge: UC San Diego Health Sciences

Tehnologija, ki temelji na umetni inteligenci, razkriva prej neznane celične komponente, ki lahko zagotovijo nove namige za človekov razvoj in bolezni.

Večino človeških bolezni je mogoče zaslediti v nedelujočih delih celice – tumor se lahko razvije, ker gen ni natančno preveden v določeno beljakovino ali pa pride do presnovne bolezni, ker mitohondriji niso pravilno prevedeni.Ne sproži se npr. Toda da bi razumeli, kateri deli celice lahko gredo narobe pri bolezni, morajo znanstveniki najprej narediti popoln seznam delov.

Z združevanjem mikroskopije, biokemijskih tehnik in umetne inteligence so raziskovalci in sodelavci na Medicinski fakulteti Kalifornijske univerze v San Diegu naredili pomemben korak naprej v razumevanju človeških celic.

Tehnologija, znana kot Multi-Scale Integrated Cell (MuSIC), je bila opisana 24. novembra 2021 v je bilo narejeno v Narava,

“Če si predstavljate celico, si verjetno v učbeniku celične biologije predstavljate barvni diagram z mitohondriji, endoplazmatskim retikulumom in jedrom. Toda ali je to vsa zgodba? Zagotovo ne,” Trey Idecker, PhD, profesor na UC San Diego School of Medicine in Moores Cancer Center. “Znanstveniki so že dolgo ugotovili, da ne vemo veliko več, kot vemo, zdaj pa imamo način, kako pogledati globlje.”

Ideker je vodil študijo z dr. Emmo Lundberg s Kraljevega tehnološkega inštituta KTH v Stockholmu na Švedskem in univerze Stanford.

Classic Cell Vs Musik

Levo: klasični učbeniški celični diagrami, kar pomeni, da so vsi deli jasno vidni in definirani. (Zasluge: OpenStax/Wikimedia). Desno: nov zemljevid celic, ki ga je ustvaril Musik Technique, razkriva več novih komponent. Zlata vozlišča predstavljajo znane celične komponente, vijolična vozlišča predstavljajo nove komponente. Velikost vozlišča odraža število različnih beljakovin v tej komponenti. kredit: UC San Diego Health Sciences

V eksperimentalnih študijah je MuSIC razkril približno 70 komponent v celični liniji človeške ledvice, od katerih polovica še nikoli ni bila opažena. V enem primeru so raziskovalci opazili skupino beljakovin, ki tvorijo neznano strukturo. V sodelovanju s sodelavcem UC San Diego, dr. Jean Yeo, so sčasoma določili, da je struktura nov kompleks beljakovin, ki se veže kraljeva vojska, Kompleks verjetno sodeluje pri spajanju, pomembnem celičnem dogodku, ki omogoča prevajanje genov v beljakovine in pomaga določiti, kateri geni so aktivni ob katerem času.

READ  NASA poroča, da je v nebo nad Ameriko izstrelilo več ognjenih krogel

Notranjost celic – in številne beljakovine, ki jih najdemo tam – se običajno preučujejo z eno od dveh tehnik: mikroskopskim slikanjem ali biofizičnim povezovanjem. S slikanjem raziskovalci dodajajo fluorescenčne oznake različnih barv beljakovinam, ki jih zanimajo, in spremljajo njihova gibanja in povezave v vidnem polju mikroskopa. Za iskanje biofizičnih povezav lahko raziskovalci uporabijo protitelesa, specifična za beljakovino, da jo izločijo iz celice in vidijo, kaj je še nanjo vezano.

Ekipa se že vrsto let zanima za preslikavo notranjega delovanja celic. Pri Musiku je drugačna uporaba globokega učenja za preslikavo celic neposredno iz slik celične mikroskopije.

“Kombinacija teh tehnik je edinstvena in močna, ker prvič združuje meritve na različnih lestvicah,” je povedal prvi avtor študije Yu Qin, podiplomski študent bioinformatike in sistemske biologije v Idekarjevem laboratoriju.

Mikroskopi omogočajo znanstvenikom, da vidijo do ravni mikrona, približno velikosti nekaterih organelov, kot so mitohondriji. Majhnih elementov, kot so posamezne beljakovine in proteinski kompleksi, ni mogoče videti skozi mikroskop. Biokemijske tehnike, ki se začnejo z enim samim proteinom, omogočajo znanstvenikom, da se spustijo na nanometrsko lestvico. (Nanometer je milijarda metra ali 1000 mikronov.)

“Ampak kako premostiti to vrzel od nanometra do mikronske lestvice? Že dolgo je bila velika ovira v bioloških znanostih,” je dejal Eidekar, ustanovitelj UC Cancer Cell Map Initiative in UC San Diego Center za računalniško biologijo in Bioinformatika. “Izkazalo se je, da lahko to storite z umetno inteligenco – tako, da pogledate podatke iz več virov in zahtevate, da jih sistem sestavi v model celice.”

Ekipa je usposobila platformo za umetno inteligenco Musik za vizualizacijo vseh podatkov in izdelavo modela celice. Sistem še ne preslika vsebine celice na določene lokacije, kot so diagrami učbenikov, deloma zato, ker njihove lokacije niso nujno fiksne. Namesto tega so prostori komponent tekoči in se spreminjajo glede na vrsto in stanje celice.

READ  Zemlja postaja vse temnejša - to je zaradi podnebnih sprememb

Ideker je opozoril, da je to pilotna študija za testiranje Muisic. Pregledali so samo 661 beljakovin in eno vrsto celic.

“Naslednji korak je očiten prelet skozi celotno človeško celico,” je dejal Ideker, “in nato preiti na različne tipe celic, ljudi in vrste.” Sčasoma bomo morda lahko bolje razumeli molekularno osnovo številnih bolezni s primerjavo razlik med zdravimi in obolelimi celicami.”

Reference: Yu Qin, Edward L. Hatlin, Casper F. Vincennes, Maya L. Gosztilla, Ludivin Vachul, Marcus R Kelly, Steven M. “Večrazmerni zemljevid celične strukture, ki združuje beljakovinske slike in interakcije” Blue, Fan. Zheng, Michael Chen, Leah V. Schaefer, Katherine Likon, Anna Backstrom, Laura Pontano Waits, John J. Lee, Wei Ouyang, Sophie Ann Liu, Tian Zhang, Erica Silva, Jisoo Park, Adriana Pitta, Jason F. Kreisberg, Steven P. Gigi, Jianzhu Ma, J. Wade Harper, Jean W Yeo, Denise LJ LaFontaine, Emma Lundberg in Trey Eydecker, 24. november 2021, Narava,
DOI: 10.1038/s41586-021-04115-9

Soavtorji so: Maya L. Goszilla, Marcus R. Kelly, Steven M. Blue, Fan Zheng, Michael Chen, Leah V. Schaefer, Katherine Lycon, John J. Lee, Sophie N. Liu, Erica Silva, Jisoo Park, Adriana Pittiah, Jason F. Kreisberg, UC San Diego; Edward L. Hatlin, Laura Pontano Waits, Tian Zhang, Steven P. Gigi, J. Wade Harper, Harvard Medical School; Casper F. Vincennes, Anna Backstrom, Wei Ouyang, KTH Royal Institute of Technology; Ludivine Vechul, Denis LJ LaFontaine, Université Libre de Bruxelles; in Jianzhu Ma, Pekinška univerza.

Sredstva za raziskave prišel, deloma iz National Institutes of Health (Grants U54CA209891, U01MH115747, F99CA264422, P41GM103504, R01HG009979, U24HG006673, U41HG009889, R01HL137223, R01HG004659, R50CA243885), Google Ventures, Alice Erling-Knut Knut. Wallenbergova fundacija (štipendija 2016.0204), Švedski raziskovalni svet (štipendija 2017-05327), belgijski Fonds de la Recherche Scientifique, Université Libre de Bruxelles, Evropski skupni program za redke bolezni, regija Wallen, Internationale Brachtran Stiftung20CA (A16pit) ) )

READ  Bela hiša objavila strategijo planetarne zaščite

Razkritje: Trey Idecker je soustanovitelj znanstvenega svetovalnega odbora in soustanovitelj podjetja Data4Cure, Inc. Ima lastniški delež Ideker je tudi član znanstvenega svetovalnega odbora, ima lastniški delež v podjetju Ideaya BioSciences, Inc. Prejema sponzorirana sredstva za raziskave od Jean Yeo je soustanovitelj, član upravnega odbora, znanstvenega svetovalnega odbora, lastnik lastniškega kapitala in plačani svetovalec LoknaBio in Eclipse Bioinnovation. Yeo je tudi gostujoči profesor na nacionalni univerzi v Singapurju. Pogoje teh dogovorov je pregledala in odobrila Kalifornijska univerza v San Diegu v skladu s svojo politiko navzkrižja interesov. Emma je v znanstvenem svetovalnem odboru Lundberga in ima lastniški delež v Cartography Biosciences, Nautilus Biotechnology in Interline Therapeutics. J. Wade Harper je soustanovitelj znanstvenega svetovalnega odbora in ima lastniški delež v Caraway Therapeutics. Harper je tudi ustanovni znanstveni svetovalec Interline Therapeutics.

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

Read also x