أثبت فريق من معهد Rensselaer Polytechnic أن برامج الكمبيوتر
الجليكوزامينوجليكان - ذخيرة معقدةتسلسلات، مثل عمل شكسبير - مجموعة معقدة من الحروف. كتابتها تحتاج إلى خبير، كما تحتاج إلى خبير لقراءتها. وقمنا بتدريب الآلة على القراءة السريعة للكلمات المكونة من أربعة أحرف مثل "أبباب" أو "بي سي بي سي بي سي". هذه تسلسلات بسيطة ليس لها أي معنى. ومع ذلك، فقد أظهروا أنه يمكن تعليم الآلة القراءة. إذا قمنا بتوسيع نطاق هذه التكنولوجيا وتطويرها، فستكون لديها القدرة على تسلسل الجليكانات أو حتى البروتينات في الوقت الفعلي دون أن تستغرق سنوات.
روبرت لينهاردت، باحث رئيسي وأستاذ. في الكيمياء والبيولوجيا الكيميائية في معهد رينسيلار للفنون التطبيقية &نبسب; &نبسب; &نبسب;&نبسب;
أجهزة التسلسل التجارييتم استخدام المسام النانوية لتسلسل الحمض النووي يتكون من أربع وحدات حمض نووي ، تُعرف بالأحرف A و C و G و T ، مرتبطة ببعضها البعض في مجموعة متنوعة لا حصر لها من التكوينات. يستخدم الجهاز تيارًا أيونيًا من خلال ثقب في الغشاء لا يتجاوز عرضه بضعة أجزاء من المليار من المتر. يتم وضع خيوط الحمض النووي على جانب واحد من الحفرة ويتم سحبها من خلالها بالتيار. يقوم كل حمض نووي بسد الثقب إلى حد ما أثناء مروره ، مما يؤدي إلى تعطيل التيار وإعطاء إشارة محددة مرتبطة بهذا الحمض النووي. الأجهزة المستخدمة الآن في البحث الميداني هي مجرد واحدة من عدة طرق سريعة وآلية لتسلسل الحمض النووي.
الجليكوزامينوجليكان (GAG) هيفئة معقدة هيكليا من الجليكانات. هذه هي السكريات الأساسية الموجودة في الكائنات الحية. لديهم وظائف متعددة في نمو الخلايا والإشارات، ومنع تخثر الدم، والتئام الجروح. اليوم، يتم استخراج الجليكوزامينوجليكان من الحيوانات المذبوحة وتستخدم كأدوية ومغذيات.
مثل الحمض النووي، يمكن تقسيمها إلىوحدات السكر الثنائي المكونة لها. ولكن في حين أن الحمض النووي يتكون من أربعة أحرف فقط في سلسلة خطية، فإن الجليكانات تحتوي على العشرات من الوحدات الأساسية. بعضها مرتبط بمجموعات الكبريتات والأحماض والأميدات. على سبيل المثال، حتى جزيء كبريتات الهيباران الصغير نسبيًا الموجود بشكل طبيعي والمكون من ست وحدات سكر قد يحتوي على 32768 تسلسلًا محتملاً. يظل تسلسل الجليكان مرهقًا، ويعتمد على العمل المختبري المضني والتحليل المعقد باستخدام تقنيات مثل التحليل اللوني السائل وقياس الطيف الكتلي الترادفي والتحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي.
يمكن لبرنامج التصوير النانوي والتصوير تسلسل الجليكوزامينوجليكان الكبريت في الوقت الفعلي. الائتمان: معهد Rensselaer Polytechnic.
طور العلماء نسخة تركيبية من الهيبارين الشائع لتخثر الدم. إنه يقوم بترتيب GAG لفهم الأشكال التي تحدث بشكل طبيعي وتطوير المتغيرات الاصطناعية.
فريق العلماء تخطى كل كبريتات الهيبارانمن خلال المسامات النانوية وبناء رسم بياني يوضح جهد الخرج للجهاز مقابل الوقت. مر كل من المتغيرات الأربعة عبر الجهاز أكثر من 2000 مرة ، مما زاد من الاحتمال الإحصائي للقراءة الدقيقة ، مع مراعاة التصميم الأولي لثقب النانو التجريبي.
قام الجهاز بتسلسل أبسط كبريتات الهيباران في الوقت الفعلي وخلق نمطًا يمكن للعلماء التعرف عليه بسهولة لكل من العينات الأربعة في وقت واحد. من الواضح على الفور أنهم مختلفون.
لتقديم تحليل موضوعي ، الفريقحمّل النتائج إلى برنامج تعلم آلي مجاني والتعرف على الصور. استخدموا شبكة Google العصبية العميقة لتدريب البرامج على التمييز بين أربعة أنماط مختلفة وتحديد كل متغير من كبريتات الهيباران. النموذج الأكثر نجاحًا أعطى تحليلًا بدقة تقارب 97٪.
محتوى معلومات تسلسل GAGيمكن أن تتجاوز بشكل كبير نفس كمية الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي. هذا يعني أن القدرة على قراءتها بسرعة تفتح نافذة جديدة لفهم الكيمياء الحيوية المعقدة للحياة. يربط بحث إثبات المفهوم بين تقنيات الكشف النانوية المبتكرة وأحدث أدوات التعلم الآلي.
تقليل معدل الجليكوزامينوجليكانالمرور عبر المسامات النانوية سيحسن الدقة ، ويمكن تدريب الجهاز على تسلسلات أكثر تعقيدًا. ومع ذلك ، فقد قام العلماء بالفعل بتقليل الوقت الذي يستغرقه تسلسل جزيئات GAG الرئيسية من بضع سنوات إلى دقائق.
قراءة المزيد
ابتكر الفيزيائيون نظيرًا للثقب الأسود وأكدوا نظرية هوكينغ. إلى أين تقود؟
اكتشفت الخوارزمية طبقة غامضة جديدة داخل الأرض
بسبب الشمس ، يفقد الغلاف الجوي للأرض كل الأكسجين الحر
الجليكوزامينوجليكان، عديدات السكاريد المخاطية -الجزء الكربوهيدراتي من البروتيوغليكان، والسكريات، والتي تشمل السكريات الأمينية - الهيكسوسامين. في الجسم، يرتبط الجليكوزامينوجليكان تساهميًا بالجزء البروتيني من البروتيوغليكان ولا يتم العثور عليه في شكل حر.
التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي - الطريقة الطيفيةالبحث عن الأجسام الكيميائية باستخدام ظاهرة الرنين المغناطيسي النووي. تم اكتشاف ظاهرة الرنين المغناطيسي النووي في عام 1946 من قبل الفيزيائيين الأمريكيين F. Bloch و E. Persel.
يعتبر اللوني السائل ومقياس الطيف الكتلي الترادفي طريقة مستخدمة على نطاق واسع للتحليل الكيميائي تجمع بين الفصل الفيزيائي للكروماتوغرافيا السائلة مع مطياف الكتلة.