Екип от политехническия институт Rensselaer е доказал този компютърен софтуер
Гликозаминогликани - сложен репертоарпоследователности, като произведение на Шекспир - сложен набор от букви. Нужен е експерт, за да ги напише, точно както е нужен експерт, за да ги прочете. Ние обучихме машината да чете бързо еквивалента на четирибуквени думи като ababab или bcbcbc. Това са прости последователности, които нямат смисъл. Те обаче показаха, че една машина може да бъде научена да чете. Ако увеличим и развием тази технология, тя има потенциала да секвенира гликани или дори протеини в реално време, без да отнема години.
Робърт Линхард, водещ изследовател и професор. по химия и химическа биология в Политехническия институт Rensselaer
Устройства за търговско секвенираненанопорите се използват за секвениране на ДНК. Състои се от четири единици нуклеинови киселини, известни като буквите A, C, G и T, свързани заедно в безкрайно разнообразие от конфигурации. Устройството използва йонен ток през отвор в мембраната, широк само няколко милиардни части от метър. ДНК веригите се поставят от едната страна на отвора и се изтеглят през него с ток. Всяка нуклеинова киселина до известна степен блокира дупката при преминаването й, нарушавайки тока и подавайки специфичен сигнал, свързан с тази нуклеинова киселина. Устройствата, които сега се използват за теренни изследвания, са само един от няколкото относително бързи и автоматизирани метода за секвениране на ДНК.
Гликозаминогликаните (GAG) саструктурно сложен клас гликани. Това са основни захари, открити в живите организми. Те имат множество функции в клетъчния растеж и сигнализиране, антикоагулация и заздравяване на рани. Днес гликозаминогликаните се извличат от заклани животни и се използват като лекарства и хранителни добавки.
Подобно на ДНК, те могат да бъдат разделени натехните съставни дизахаридни захарни единици. Но докато ДНК се състои само от четири букви в линеен низ, гликаните имат десетки основни единици. Някои от тях имат прикрепени сулфатни, киселинни и амидни групи. Например, дори сравнително малка естествено срещаща се молекула хепаран сулфат от шест захарни единици може да има 32 768 възможни последователности. Секвенирането на гликан остава тромаво, разчитайки на усърдна лабораторна работа и сложен анализ, използвайки техники като течна хроматография и тандемна масспектрометрия и ядрено-магнитна резонансна спектроскопия.
Нанопор и софтуер за изображения могат да редуват сулфиран гликозаминогликан в реално време. Кредит: Политехнически институт Rensselaer.
Учените са разработили синтетична версия на обикновения хепарин за разреждане на кръвта. Той подрежда GAG, за да разбере естествени форми и да разработи синтетични варианти.
Екипът от учени прескочи всеки хепаран сулфатпрез нанопорите и изгради графика, показваща изходното напрежение на устройството спрямо времето. Всеки от четирите варианта е преминал през устройството повече от 2000 пъти, което е увеличило статистическата вероятност за точно отчитане, отчитайки елементарния дизайн на експерименталната нанопор.
Устройството секвенира най-простия хепаран сулфат в реално време и създава модел, който учените могат лесно да разпознаят за всяка от четирите проби наведнъж. Веднага става ясно, че те са различни.
За да осигури обективен анализ, екипъткачи резултатите в безплатен софтуер за машинно обучение и разпознаване на изображения. Те използваха дълбоката невронна мрежа на Google за обучение на софтуер, за да разграничат четири различни модела и да идентифицират всеки вариант на хепаран сулфат. Най-успешният модел даде анализ с точност от почти 97%.
Съдържание на информация за GAG последователностможе значително да надвиши същото количество ДНК или РНК. Това означава, че способността за четенето им бързо отваря нов прозорец за разбиране на сложната биохимия на живота. Проучването с доказателство за концепция свързва иновативни техники за откриване на наномащаб с най-съвременните инструменти за машинно обучение.
Намаляване на скоростта, с която гликозаминогликанитепреминавайки през нанопорите, ще увеличи точността и устройството може да бъде обучено на по-сложни последователности. Въпреки това учените вече са намалили времето, необходимо за секвениране на ключови молекули GAG от няколко години на минути.
Прочетете още
Физиците са създали аналог на черна дупка и са потвърдили теорията на Хокинг. Къде води?
Алгоритъмът е открил нов тайнствен слой вътре в Земята
Поради Слънцето земната атмосфера ще загуби целия свободен кислород
Гликозаминогликани, мукополизахариди —въглехидратната част на протеогликаните, полизахаридите, които включват аминозахари-хексозамини. В тялото гликозаминогликаните са ковалентно свързани с протеиновата част на протеогликаните и не се намират в свободна форма.
ЯМР спектроскопия - спектроскопски методизследване на химически обекти с използване на явлението ядрено-магнитен резонанс. Явлението ЯМР е открито през 1946 г. от американските физици Ф. Блох и Е. Персел.
Течната хроматография и тандемната спектрометрия са широко използван метод за химичен анализ, който съчетава физическото разделяне на течната хроматография с масспектрометрията.