Rensselaer politechnikos instituto komanda įrodė, kad kompiuterių programinė įranga
Glikozaminoglikanai – sudėtingas repertuarassekos, kaip Šekspyro kūrinys – sudėtingas raidžių rinkinys. Jas parašyti reikia eksperto, kaip ir perskaityti. Išmokėme mašiną greitai perskaityti keturių raidžių žodžių, tokių kaip ababab arba bcbcbc, atitikmenį. Tai paprastos sekos, kurios neturi prasmės. Tačiau jie parodė, kad mašiną galima išmokyti skaityti. Jei padidinsime ir išplėtosime šią technologiją, ji turės galimybę realiu laiku nustatyti glikanų ar net baltymų seką be metų.
Robertas Linhardtas, pagrindinis tyrėjas ir profesorius. chemijos ir cheminės biologijos studijas Rensselaer politechnikos institute
Komerciniai sekos nustatymo prietaisaiDNR sekos nustatymui naudojamos nanoporos. Jį sudaro keturi nukleorūgščių vienetai, žinomi kaip raidės A, C, G ir T, sujungti į begalę konfigūracijų. Prietaisas naudoja joninę srovę per membranos skylę, kurios plotis yra tik kelios milijardosios metro dalys. DNR grandinės dedamos vienoje skylės pusėje ir ištraukiamos per ją srove. Kiekviena nukleorūgštis tam tikru mastu blokuoja skylę eidama, sutrikdydama srovę ir duodama specifinį signalą, susijusį su ta nukleorūgštimi. Dabar lauko tyrimams naudojami prietaisai yra tik vienas iš kelių palyginti greitų ir automatizuotų DNR sekos nustatymo metodų.
Glikozaminoglikanai (GAG) yrastruktūriškai sudėtinga glikanų klasė. Tai esminiai cukrūs, randami gyvuose organizmuose. Jie atlieka daugybę ląstelių augimo ir signalizacijos, antikoaguliacijos ir žaizdų gijimo funkcijų. Šiandien glikozaminoglikanai išgaunami iš paskerstų gyvūnų ir naudojami kaip vaistai ir maistinės medžiagos.
Kaip ir DNR, juos galima suskirstyti įjuos sudarančių disacharidinių cukraus vienetų. Tačiau nors DNR sudaro tik keturios linijinės eilutės raidės, glikanai turi daugybę pagrindinių vienetų. Kai kuriuose iš jų yra prijungtos sulfato, rūgšties ir amido grupės. Pavyzdžiui, net santykinai maža natūraliai susidaranti heparano sulfato molekulė iš šešių cukraus vienetų gali turėti 32 768 galimas sekas. Glikano sekos nustatymas išlieka sudėtingas, nes jis priklauso nuo kruopštaus laboratorinio darbo ir sudėtingos analizės naudojant tokius metodus kaip skysčių chromatografija ir tandeminė masės spektrometrija bei branduolinio magnetinio rezonanso spektroskopija.
„Nanopore“ ir vaizdo gavimo programinė įranga gali sekti sulfatuoto glikozaminoglikano seką realiuoju laiku. Kreditas: Rensselaer politechnikos institutas.
Mokslininkai sukūrė sintetinę įprasto kraują skystinančio heparino versiją. Jis seka GAG, kad suprastų natūraliai atsirandančias formas ir sukurtų sintetinius variantus.
Mokslininkų komanda praleido kiekvieną heparano sulfatąper nanoporas ir sukūrė grafiką, rodantį prietaiso išėjimo įtampą, palyginti su laiku. Kiekvienas iš keturių variantų per prietaisą praėjo daugiau nei 2000 kartų, o tai padidino statistinę tikslaus nuskaitymo tikimybę, atsižvelgiant į elementarų eksperimentinio nanoporo dizainą.
Prietaisas realiu laiku sekvenavo paprasčiausią heparano sulfatą ir sukūrė modelį, kurį mokslininkai gali lengvai atpažinti kiekvienam iš keturių mėginių vienu metu. Iš karto aišku, kad jie skirtingi.
Norėdami pateikti objektyvią analizę, komandaįkėlė rezultatus į nemokamą mašinų mokymosi ir vaizdo atpažinimo programinę įrangą. Jie naudojo gilų „Google“ neuronų tinklą, kad išmokytų programinę įrangą, kad atskirtų keturis skirtingus modelius ir nustatytų kiekvieną heparano sulfato variantą. Sėkmingiausias modelis pateikė analizę beveik 97%tikslumu.
GAG sekos informacijos turinysgali žymiai viršyti tą patį DNR ar RNR kiekį. Tai reiškia, kad galimybė greitai juos perskaityti atveria naują sudėtingos gyvenimo biochemijos supratimo langą. Koncepcijos įrodymo tyrimas susieja novatoriškus nanodetekcijos metodus su naujausiais mašininio mokymosi įrankiais.
Sumažėjęs glikozaminoglikanų greitisPraėjimas per nanoporas pagerins tikslumą, o prietaisas gali būti apmokytas atlikti sudėtingesnes sekas. Tačiau mokslininkai jau sumažino laiką, reikalingą pagrindinėms GAG molekulėms sekti nuo metų iki minučių.
Skaityti daugiau
Fizikai sukūrė juodosios skylės analogą ir patvirtino Hawkingo teoriją. Kur jis veda?
Algoritmas atrado naują paslaptingą sluoksnį Žemės viduje
Dėl Saulės Žemės atmosfera praras visą laisvą deguonį
Glikozaminoglikanai, mukopolisacharidai -proteoglikanų, polisacharidų, kurių sudėtyje yra amino cukrų-heksozaminų, angliavandenių dalis. Organizme glikozaminoglikanai yra kovalentiškai prisijungę prie proteoglikanų baltyminės dalies ir nėra laisvos formos.
BMR spektroskopija – spektroskopinis metodascheminių objektų tyrimai naudojant branduolinio magnetinio rezonanso reiškinį. BMR reiškinį 1946 metais atrado amerikiečių fizikai F. Blochas ir E. Purcellas.
Skysčių chromatografija ir tandeminė masės spektrometrija yra plačiai naudojamas cheminės analizės metodas, apjungiantis fizinį skysčių chromatografijos atskyrimą su masių spektrometrija.