Et team fra Rensselaer Polytechnic Institute har bevist at dataprogramvare
Glykosaminoglykaner - et komplekst repertoarsekvenser, som et verk av Shakespeare - et komplekst sett med bokstaver. Det krever en ekspert for å skrive dem, akkurat som det krever en ekspert for å lese dem. Vi trente maskinen til å raskt lese tilsvarende ord på fire bokstaver som ababab eller bcbcbc. Dette er enkle sekvenser som ikke har noen betydning. De viste imidlertid at en maskin kan læres å lese. Hvis vi skalerer opp og utvikler denne teknologien, har den potensialet til å sekvensere glykaner eller til og med proteiner i sanntid uten å ta år.
Robert Linhardt, hovedforsker og professor. i kjemi og kjemisk biologi ved Rensselaer Polytechnic Institute
Kommersielle sekvenseringsenheternanoporer brukes til DNA-sekvensering. Den består av fire nukleinsyreenheter, kjent som bokstavene A, C, G og T, koblet sammen i et uendelig utvalg av konfigurasjoner. Enheten bruker en ionisk strøm gjennom et hull i membranen som bare er noen få milliarddeler av en meter bred. DNA-tråder er plassert på den ene siden av hullet og trukket gjennom det med strøm. Hver nukleinsyre blokkerer hullet til en viss grad når det passerer, forstyrrer strømmen og gir et spesifikt signal assosiert med den nukleinsyren. Enhetene som nå brukes til feltforskning er bare en av flere relativt raske og automatiserte DNA-sekvenseringsmetoder.
Glykosaminoglykaner (GAG) eren strukturelt kompleks klasse av glykaner. Dette er essensielle sukkerarter som finnes i levende organismer. De har flere funksjoner i cellevekst og signalering, antikoagulasjon og sårheling. I dag utvinnes glykosaminoglykaner fra slaktede dyr og brukes som medisiner og næringsmidler.
Som DNA kan de deles inn ideres konstituerende disakkaridsukkerenheter. Men mens DNA består av bare fire bokstaver i en lineær streng, har glykaner dusinvis av grunnleggende enheter. Noen av dem har sulfat-, syre- og amidgrupper knyttet. For eksempel kan selv et relativt lite naturlig forekommende heparansulfatmolekyl på seks sukkerenheter ha 32 768 mulige sekvenser. Glykansekvensering forblir tungvint, og er avhengig av møysommelig laboratoriearbeid og kompleks analyse ved bruk av teknikker som væskekromatografi og tandemmassespektrometri og kjernemagnetisk resonansspektroskopi.
Nanopore og bildebehandlingsprogramvare kan sekvensere sulfatert glykosaminoglykan i sanntid. Kreditt: Rensselaer Polytechnic Institute.
Forskere har utviklet en syntetisk versjon av det vanlige blodfortynnende heparinet. Han sekvenserer GAG for å forstå naturlig forekommende former og for å utvikle syntetiske varianter.
Teamet av forskere hoppet over hvert heparansulfatgjennom nanoporene og bygde en graf som viser enhetens utgangsspenning versus tid. Hver av de fire variantene passerte gjennom enheten mer enn 2000 ganger, noe som økte den statistiske sannsynligheten for nøyaktig avlesning, med tanke på den elementære utformingen av den eksperimentelle nanoporen.
Enheten sekvenserte det enkleste heparansulfatet i sanntid og skapte et mønster som forskere enkelt kan gjenkjenne på en gang for hver av de fire prøvene. Det er umiddelbart klart at de er forskjellige.
For å gi en objektiv analyse, teametlastet opp resultatene til gratis programvare for maskinlæring og bildegjenkjenning. De brukte Googles dype nevrale nettverk for å trene programvare for å skille mellom fire forskjellige mønstre og identifisere hver variant av heparansulfat. Den mest vellykkede modellen ga en analyse med en nøyaktighet på nesten 97%.
GAG sekvensinformasjon innholdkan overstige den samme mengden DNA eller RNA betydelig. Dette betyr at evnen til å lese dem raskt åpner et nytt vindu for å forstå livets komplekse biokjemi. Proof-of-concept-forskning knytter innovative teknikker til deteksjon av nanoskala til toppmoderne maskinlæringsverktøy.
Reduserer hastigheten glykosaminoglykaner brukerpassere gjennom nanoporene, vil øke nøyaktigheten, og enheten kan trent på mer komplekse sekvenser. Imidlertid har forskere allerede redusert tiden som kreves for sekvensering av viktige GAG-molekyler fra noen få år til minutter.
Les mer
Fysikere har laget en analog av et svart hull og bekreftet Hawkings teori. Hvor det fører?
Algoritme har oppdaget et nytt mystisk lag på jorden
På grunn av solen vil jordens atmosfære miste alt gratis oksygen
Glykosaminoglykaner, mukopolysakkarider —karbohydratdelen av proteoglykaner, polysakkarider, som inkluderer aminosukker-heksosaminer. I kroppen er glykosaminoglykaner kovalent bundet til proteindelen av proteoglykaner og finnes ikke i fri form.
NMR-spektroskopi - spektroskopisk metodeforskning på kjemiske objekter ved bruk av fenomenet kjernemagnetisk resonans. NMR-fenomenet ble oppdaget i 1946 av de amerikanske fysikerne F. Bloch og E. Persel.
Væskekromatografi og tandem massespektrometri er en mye brukt kjemisk analysemetode som kombinerer den fysiske separasjonen av væskekromatografi med massespektrometri.