Rensselaer Politehniskā institūta komanda ir pierādījusi, ka datora programmatūra
Glikozaminoglikāni - komplekss repertuārssekvences, piemēram, Šekspīra darbs - sarežģīts burtu kopums. Lai tos uzrakstītu, ir vajadzīgs eksperts, tāpat kā eksperts, lai tos izlasītu. Mēs apmācījām iekārtu ātri nolasīt līdzvērtīgus četru burtu vārdus, piemēram, ababab vai bcbcbc. Tās ir vienkāršas secības, kurām nav nozīmes. Tomēr viņi parādīja, ka mašīnu var iemācīt lasīt. Ja mēs paplašināsim un attīstīsim šo tehnoloģiju, tai ir potenciāls reāllaikā sekvencēt glikānus vai pat proteīnus bez gadiem.
Roberts Linhards, vadošais pētnieks un profesors. ķīmijā un ķīmiskajā bioloģijā Renselāras Politehniskajā institūtā
Komerciālas sekvencēšanas ierīcesnanoporas tiek izmantotas DNS sekvencēšanai. To veido četras nukleīnskābes vienības, kas pazīstamas kā burti A, C, G un T, kas savienotas kopā bezgalīgi daudzās konfigurācijās. Ierīce izmanto jonu strāvu caur caurumu membrānā, kas ir tikai dažas miljardās metra platuma. DNS pavedieni tiek novietoti vienā urbuma pusē un ar strāvu tiek izvilkti caur to. Katra nukleīnskābe, pārejot, zināmā mērā bloķē caurumu, pārtraucot strāvu un dodot īpašu signālu, kas saistīts ar šo nukleīnskābi. Ierīces, ko tagad izmanto lauka pētījumos, ir tikai viena no vairākām salīdzinoši ātrām un automatizētām DNS sekvencēšanas metodēm.
Glikozaminoglikāni (GAG) irstrukturāli sarežģīta glikānu klase. Tie ir būtiski cukuri, kas atrodami dzīvos organismos. Viņiem ir vairākas funkcijas šūnu augšanā un signalizācijā, antikoagulācijā un brūču dzīšanai. Mūsdienās glikozaminoglikānus iegūst no nokautiem dzīvniekiem un izmanto kā zāles un uztura līdzekļus.
Tāpat kā DNS, tos var iedalītto sastāvā esošās disaharīdu cukura vienības. Bet, lai gan DNS sastāv tikai no četriem burtiem lineārā virknē, glikāniem ir desmitiem pamatvienību. Dažām no tām ir pievienotas sulfātu, skābju un amīdu grupas. Piemēram, pat salīdzinoši nelielai dabiski sastopamai heparāna sulfāta molekulai, kas sastāv no sešām cukura vienībām, var būt 32 768 iespējamās sekvences. Glikāna sekvencēšana joprojām ir apgrūtinoša, paļaujoties uz rūpīgu laboratorijas darbu un sarežģītu analīzi, izmantojot tādas metodes kā šķidruma hromatogrāfija un tandēma masas spektrometrija un kodolmagnētiskās rezonanses spektroskopija.
Nanoporu un attēlveidošanas programmatūra reālā laikā var secināt sulfāta glikozaminoglikānu. Kredīts: Rensselaer Politehniskais institūts.
Zinātnieki ir izstrādājuši sintētisko parastā asins retināšanas heparīna versiju. Viņš sekvencē GAG, lai izprastu dabā sastopamās formas un izstrādātu sintētiskos variantus.
Zinātnieku komanda izlaida katru heparāna sulfātucaur nanoporām un izveidoja grafiku, kas parāda ierīces izejas spriegumu attiecībā pret laiku. Katrs no četriem variantiem caur ierīci šķērsoja vairāk nekā 2000 reizes, kas palielināja precīzas nolasīšanas statistisko varbūtību, ņemot vērā eksperimentālā nanopora elementāro dizainu.
Ierīce reālā laikā sekvencēja vienkāršāko heparāna sulfātu un izveidoja modeli, kuru zinātnieki var viegli atpazīt uzreiz katram no četriem paraugiem. Uzreiz ir skaidrs, ka tie ir atšķirīgi.
Lai sniegtu objektīvu analīzi, komandaaugšupielādēja rezultātus bezmaksas mašīnmācīšanās un attēlu atpazīšanas programmatūrā. Viņi izmantoja Google dziļo neironu tīklu, lai apmācītu programmatūru, lai atšķirtu četrus dažādus modeļus un identificētu katru heparāna sulfāta variantu. Veiksmīgākais modelis sniedza analīzi ar gandrīz 97% precizitāti.
GAG secības informācijas satursvar ievērojami pārsniegt to pašu DNS vai RNS daudzumu. Tas nozīmē, ka spēja tos ātri izlasīt paver jaunu logu, lai izprastu sarežģīto dzīves bioķīmiju. Koncepcijas pierādīšanas pētījumi saista novatoriskas nanoskaļu noteikšanas metodes ar modernākajiem mašīnmācīšanās rīkiem.
Glikozaminoglikānu ātruma samazināšanaiziet cauri nanoporām, palielinās precizitāte, un ierīci var apmācīt sarežģītākās secībās. Tomēr zinātnieki jau ir samazinājuši laiku, kas nepieciešams galveno GAG molekulu sekvencēšanai, no dažiem gadiem līdz minūtēm.
Lasīt vairāk
Fiziķi ir izveidojuši melnā cauruma analogu un apstiprinājuši Hokinga teoriju. Kur tas ved?
Algoritms ir atklājis jaunu noslēpumainu slāni Zemes iekšienē
Saules dēļ Zemes atmosfēra zaudēs visu brīvo skābekli
Glikozaminoglikāni, mukopolisaharīdi -proteoglikānu ogļhidrātu daļa, polisaharīdi, kas ietver aminocukurus-heksozamīnus. Organismā glikozaminoglikāni ir kovalenti saistīti ar proteoglikānu proteīna daļu un nav atrodami brīvā formā.
KMR spektroskopija - spektroskopiskā metodeķīmisko objektu izpēte, izmantojot kodolmagnētiskās rezonanses fenomenu. KMR fenomenu 1946. gadā atklāja amerikāņu fiziķi F. Blohs un E. Persels.
Šķidruma hromatogrāfija un tandēma masu spektrometrija ir plaši izmantota ķīmiskās analīzes metode, kas apvieno šķidruma hromatogrāfijas fizisko atdalīšanu ar masu spektrometriju.