Tým z Rensselaer Polytechnic Institute prokázal, že počítačový software
Glykosaminoglykany - komplexní repertoársekvence, jako dílo Shakespeara - komplexní soubor písmen. K jejich napsání je zapotřebí odborníka, stejně jako je zapotřebí odborníka, aby je četl. Vycvičili jsme stroj, aby rychle četl ekvivalent čtyřpísmenných slov, jako je ababab nebo bcbcbc. Jsou to jednoduché sekvence, které nemají žádný význam. Ukázali však, že stroj lze naučit číst. Pokud tuto technologii zvětšíme a vyvineme, má potenciál sekvenovat glykany nebo dokonce proteiny v reálném čase, aniž by to trvalo roky.
Robert Linhardt, vedoucí výzkumník a profesor. v chemii a chemické biologii na Rensselaer Polytechnic Institute
Komerční sekvenční zařízenínanopóry se používají pro sekvenování DNA. Skládá se ze čtyř jednotek nukleové kyseliny známých jako písmena A, C, G a T, spojených dohromady v nekonečné řadě konfigurací. Zařízení využívá iontový proud otvorem v membráně široké jen několik miliardtin metru. Vlákna DNA jsou umístěna na jedné straně otvoru a protažena proudem. Každá nukleová kyselina při průchodu do určité míry blokuje otvor, narušuje proud a dává specifický signál spojený s touto nukleovou kyselinou. Zařízení, která se nyní používají pro terénní výzkum, jsou jen jednou z několika relativně rychlých a automatizovaných metod sekvenování DNA.
Glykosaminoglykany (GAG) jsoustrukturně komplexní třída glykanů. Jedná se o esenciální cukry, které se nacházejí v živých organismech. Mají více funkcí v buněčném růstu a signalizaci, antikoagulaci a hojení ran. Dnes se glykosaminoglykany extrahují z poražených zvířat a používají se jako léky a nutraceutika.
Stejně jako DNA je lze rozdělit najejich základní disacharidové cukerné jednotky. Ale zatímco DNA se skládá pouze ze čtyř písmen v lineárním řetězci, glykany mají desítky základních jednotek. Některé z nich mají připojeny sulfátové, kyselé a amidové skupiny. Například i relativně malá přirozeně se vyskytující molekula heparansulfátu o šesti cukerných jednotkách může mít 32 768 možných sekvencí. Glykanové sekvenování zůstává těžkopádné, spoléhá se na pečlivou laboratorní práci a komplexní analýzu pomocí technik, jako je kapalinová chromatografie a tandemová hmotnostní spektrometrie a nukleární magnetická rezonanční spektroskopie.
Nanopóry a zobrazovací software mohou sekvenovat sulfátovaný glykosaminoglykan v reálném čase. Zápočet: Polytechnický institut Rensselaer.
Vědci vyvinuli syntetickou verzi běžného heparinu ředícího krev. Sekvenuje GAG, aby porozuměl přirozeně se vyskytujícím formám a vyvinul syntetické varianty.
Tým vědců přeskočil každý heparan sulfátprostřednictvím nanopórů a sestavil graf ukazující výstupní napětí zařízení v závislosti na čase. Každá ze čtyř variant prošla zařízením více než 2 000krát, což zvýšilo statistickou pravděpodobnost přesného čtení s přihlédnutím k elementárnímu designu experimentálního nanopóru.
Zařízení sekvenovalo nejjednodušší heparan sulfát v reálném čase a vytvořilo vzor, který vědci snadno rozpoznají pro každý ze čtyř vzorků najednou. Hned je jasné, že jsou jiní.
Aby tým poskytl objektivní analýzuodeslal výsledky do bezplatného softwaru pro strojové učení a rozpoznávání obrázků. Využili hlubokou neuronovou síť Google k trénování softwaru k rozlišení čtyř různých vzorců a identifikaci každé varianty heparan sulfátu. Nejúspěšnější model poskytl analýzu s přesností téměř 97%.
Informační obsah sekvence GAGmůže výrazně překročit stejné množství DNA nebo RNA. To znamená, že schopnost rychle je přečíst otevírá nové okno pro pochopení složité biochemie života. Výzkum na základě konceptu propojuje inovativní techniky detekce v nanoměřítku s nejmodernějšími nástroji strojového učení.
Snížení rychlosti, kterou glykosaminoglykanyprojít nanopóry, zvýší přesnost a zařízení lze trénovat na složitějších sekvencích. Vědci však již zkrátili čas potřebný pro sekvenování klíčových molekul GAG z několika let na minuty.
Přečtěte si více
Fyzici vytvořili analogii černé díry a potvrdili Hawkingovu teorii. Kam to vede?
Algoritmus objevil novou záhadnou vrstvu uvnitř Země
Díky slunci ztratí zemská atmosféra veškerý volný kyslík
Glykosaminoglykany, mukopolysacharidy —sacharidová část proteoglykanů, polysacharidů, mezi které patří aminocukry-hexosaminy. V těle jsou glykosaminoglykany kovalentně vázány na proteinovou část proteoglykanů a nenacházejí se ve volné formě.
NMR spektroskopie - spektroskopická metodavýzkum chemických předmětů pomocí jevu jaderné magnetické rezonance. Fenomén NMR objevil v roce 1946 americký fyzik F. Bloch a E. Persel.
Tekutá chromatografie a tandemová hmotnostní spektrometrie je široce používanou metodou chemické analýzy, která kombinuje fyzikální oddělení kapalinové chromatografie s hmotnostní spektrometrií.