צוות ממכון Rensselaer Polytechnic הוכיח כי תוכנת מחשב
Glycosaminoglycans - רפרטואר מורכברצפים, כמו יצירה של שייקספיר - קבוצה מורכבת של אותיות. צריך מומחה כדי לכתוב אותם, בדיוק כמו שצריך מומחה כדי לקרוא אותם. אימנו את המכונה לקרוא במהירות את המקבילה למילים בנות ארבע אותיות כגון ababab או bcbcbc. אלו רצפים פשוטים שאין להם משמעות. עם זאת, הם הראו שניתן ללמד מכונה לקרוא. אם נרחיב ונפתח את הטכנולוגיה הזו, יש לה פוטנציאל לרצף גליקנים או אפילו חלבונים בזמן אמת מבלי לקחת שנים.
רוברט לינהרדט, חוקר ראשי ופרופסור. בכימיה וביולוגיה כימית במכון הפוליטכני רנסלר
מכשירי רצף מסחרייםnanopores משמשים לרצף DNA. הוא מורכב מארבע יחידות חומצת גרעין, הידועות בשם האותיות A, C, G ו- T, המקושרות יחד במגוון אינסופי של תצורות. המכשיר משתמש בזרם יוני דרך חור בממברנה ברוחב מיליארדיות של מטר בלבד. גדילי DNA ממוקמים בצד אחד של החור ומושכים דרכו באמצעות זרם. כל חומצת גרעין חוסמת את החור במידה מסוימת כשהיא עוברת, משבשת את הזרם ונותנת אות ספציפי הקשור לאותה חומצת גרעין. המכשירים המשמשים כעת למחקר שטח הם רק אחד מתוך כמה שיטות רצף DNA מהירות ואוטומטיות יחסית.
Glycosaminoglycans (GAG) הםמחלקה מורכבת מבחינה מבנית של גליקנים. אלו הם סוכרים חיוניים המצויים באורגניזמים חיים. יש להם פונקציות מרובות בצמיחת תאים ואיתות, נוגד קרישה וריפוי פצעים. כיום, גליקוזאמינוגליקנים מופקים מבעלי חיים שחוטים ומשמשים כתרופות וחומרי תזונה.
כמו DNA, ניתן לחלק אותם ליחידות הסוכר הדו-סוכריות המרכיבות אותן. אבל בעוד שה-DNA מורכב מארבע אותיות בלבד במחרוזת ליניארית, לגליקנים יש עשרות יחידות בסיסיות. לחלקם מחוברות קבוצות סולפט, חומצה ואמיד. לדוגמה, אפילו מולקולת הפראן סולפט קטנה יחסית בת שש יחידות סוכר עשויה להיות בעלת 32,768 רצפים אפשריים. רצף הגליקנים נותר מסורבל, תוך הסתמכות על עבודת מעבדה קפדנית וניתוח מורכב באמצעות טכניקות כמו כרומטוגרפיה נוזלית וספקטרומטריית מסה טנדם וספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית גרעינית.
תוכנת Nanopore והדמיה יכולה לרצף גליקוזאמינוגליקן סולפט בזמן אמת. קרדיט: המכון הפוליטכני Rensselaer.
מדענים פיתחו גרסה סינתטית של הפרין הנפוץ לדילול הדם. הוא מרצף את ה- GAG להבין צורות המתרחשות באופן טבעי ולפתח גרסאות סינתטיות.
צוות המדענים דילג על כל גופרית הפראןדרך הננו -פוריות ובנה גרף המציג את מתח המוצא של המכשיר לעומת הזמן. כל אחת מארבע הגרסאות עברה במכשיר יותר מ -2,000 פעמים, מה שהגדיל את ההסתברות הסטטיסטית לקריאה מדויקת, תוך התחשבות בעיצוב האלמנטרי של הננו -ניסוי.
המכשיר ברצף את הפפרן סולפט הפשוט ביותר בזמן אמת ויצר תבנית שמדענים יכולים לזהות בקלות בבת אחת לכל אחת מארבע הדגימות. מיד ברור שהם שונים.
כדי לספק ניתוח אובייקטיבי, הצוותהעלה את התוצאות לתוכנת למידת מכונה וזיהוי תמונות בחינם. הם השתמשו ברשת העצבית העמוקה של גוגל כדי לאמן תוכנות להבחין בין ארבעה דפוסים שונים ולזהות כל גרסה של הפרן סולפט. המודל המוצלח ביותר נתן את הניתוח עם דיוק של כמעט 97%.
תוכן מידע על רצף GAGיכול לעלות באופן משמעותי על אותה כמות DNA או RNA. המשמעות היא שהיכולת לקרוא אותם פותחת במהירות חלון חדש להבנת הביוכימיה המורכבת של החיים. מחקר הוכחת תפיסה מקשר בין טכניקות זיהוי ננו-חדשניות לבין כלי למידת מכונה חדישים.
הפחתת הקצב שבו גליקוזאמינוגליקניםלעבור דרך הננו -פוריות, יגדיל את הדיוק, ואת המכשיר ניתן לאמן על רצפים מורכבים יותר. עם זאת, מדענים כבר קיצצו את הזמן הנדרש לרצף מולקולות GAG מרכזיות מכמה שנים לדקות.
קרא עוד
פיזיקאים יצרו אנלוגיה של חור שחור ואישרו את התיאוריה של הוקינג. לאן זה מוביל?
האלגוריתם גילה שכבה מסתורית חדשה בתוך כדור הארץ
בגלל השמש, האטמוספירה של כדור הארץ תאבד את כל החמצן החופשי
גליקוזאמינוגליקנים, מוקופוליסכרידים -החלק הפחמימתי של פרוטאוגליקנים, פוליסכרידים, הכוללים סוכרי אמינו-הקסוזמינים. בגוף, גליקוזאמינוגליקנים קשורים באופן קוולנטי לחלק החלבון של פרוטאוגליקנים ואינם נמצאים בצורה חופשית.
ספקטרוסקופיה NMR - שיטה ספקטרוסקופיתמחקר של אובייקטים כימיים תוך שימוש בתופעה של תהודה מגנטית גרעינית. תופעת ה- NMR התגלתה בשנת 1946 על ידי הפיזיקאים האמריקאים פ 'בלוך וא' פרסל.
כרומטוגרפיה נוזלית וספקטרומטריית מסה טנדם היא שיטת ניתוח כימית נפוצה המשלבת את ההפרדה הפיזית של כרומטוגרפיה נוזלית עם ספקטרומטריית מסה.