Tím z Rensselaer Polytechnic Institute dokázal, že počítačový softvér
Glykozaminoglykány - komplexný repertoársekvencie, ako dielo Shakespeara - komplexný súbor písmen. Na ich napísanie je potrebný odborník, rovnako ako na ich prečítanie je potrebný odborník. Vycvičili sme stroj, aby rýchlo prečítal ekvivalent štvorpísmenových slov, ako je ababab alebo bcbcbc. Sú to jednoduché sekvencie, ktoré nemajú žiadny význam. Ukázali však, že stroj sa dá naučiť čítať. Ak túto technológiu zväčšíme a rozvinieme, má potenciál sekvenovať glykány alebo dokonca proteíny v reálnom čase bez toho, aby to trvalo roky.
Robert Linhardt, vedúci výskumník a profesor. v chémii a chemickej biológii na Rensselaer Polytechnic Institute
Komerčné sekvenčné zariadeniananopóry sa používajú na sekvenovanie DNA. Skladá sa zo štyroch jednotiek nukleových kyselín, známych ako písmená A, C, G a T, ktoré sú navzájom spojené v nekonečnom množstve konfigurácií. Prístroj využíva iónový prúd otvorom v membráne širokým iba niekoľko milióntin metra. Na jednej strane otvoru sú umiestnené vlákna DNA, ktoré sú cez neho pretiahnuté prúdom. Každá nukleová kyselina pri prechode do istej miery blokuje otvor, prerušuje prúd a dáva špecifický signál spojený s touto nukleovou kyselinou. Zariadenia, ktoré sa v súčasnosti používajú na terénny výskum, sú len jednou z niekoľkých relatívne rýchlych a automatizovaných metód sekvenovania DNA.
Glykozaminoglykány (GAG) súštrukturálne komplexná trieda glykánov. Sú to esenciálne cukry nachádzajúce sa v živých organizmoch. Majú viacero funkcií pri raste buniek a signalizácii, antikoagulácii a hojení rán. Dnes sa glykozaminoglykány extrahujú zo zabitých zvierat a používajú sa ako lieky a nutraceutiká.
Podobne ako DNA ich možno rozdeliť naich základné disacharidové cukrové jednotky. No kým DNA pozostáva len zo štyroch písmen v lineárnom reťazci, glykány majú desiatky základných jednotiek. Niektoré z nich majú pripojené sulfátové, kyslé a amidové skupiny. Napríklad aj relatívne malá prirodzene sa vyskytujúca molekula heparansulfátu so šiestimi cukrovými jednotkami môže mať 32 768 možných sekvencií. Glykánové sekvenovanie zostáva ťažkopádne, spolieha sa na starostlivú laboratórnu prácu a komplexnú analýzu pomocou techník, ako je kvapalinová chromatografia a tandemová hmotnostná spektrometria a nukleárna magnetická rezonančná spektroskopia.
Nanopórový a zobrazovací softvér dokáže sekvenovať sulfátovaný glykozaminoglykán v reálnom čase. Poďakovanie: Polytechnický inštitút Rensselaer.
Vedci vyvinuli syntetickú verziu bežného heparínu riediaceho krv. Sekvenuje GAG, aby pochopil prirodzene sa vyskytujúce formy a vyvinul syntetické varianty.
Tím vedcov vynechal každý heparan sulfátcez nanopóry a zostavil graf znázorňujúci výstupné napätie zariadenia v závislosti na čase. Každá zo štyroch variantov prešla zariadením viac ako 2 000-krát, čo zvýšilo štatistickú pravdepodobnosť presného odčítania pri zohľadnení elementárneho dizajnu experimentálneho nanopóru.
Prístroj sekvenoval najjednoduchší heparan sulfát v reálnom čase a vytvoril vzor, ktorý vedci môžu ľahko rozpoznať pre každú zo štyroch vzoriek naraz. Okamžite je jasné, že sú rôzne.
Tím poskytuje objektívnu analýzunahral výsledky do bezplatného softvéru na strojové učenie a rozpoznávanie obrázkov. Na rozlíšenie štyroch rôznych vzorov a identifikáciu každého variantu heparansulfátu použili tréningovú softvérovú hĺbkovú neurónovú sieť spoločnosti Google. Najúspešnejší model poskytol analýzu s presnosťou takmer 97%.
Obsah informácií o sekvencii GAGmôže významne prekročiť rovnaké množstvo DNA alebo RNA. To znamená, že schopnosť rýchlo ich prečítať otvára nové okno pre pochopenie zložitej biochémie života. Výskum v oblasti dôkazov o koncepcii spája inovatívne techniky detekcie nanometrov s najmodernejšími nástrojmi strojového učenia.
Znižovanie rýchlosti, akou glykozaminoglykányprechodom cez nanopóry, zvýši sa presnosť a zariadenie sa dá natrénovať na zložitejšie sekvencie. Vedci však už skrátili čas potrebný na postupnosť kľúčových molekúl GAG z niekoľkých rokov na minúty.
Čítaj viac
Fyzici vytvorili analóg čiernej diery a potvrdili Hawkingovu teóriu. Kadiaľ vedie?
Algoritmus objavil novú záhadnú vrstvu vo vnútri Zeme
Vďaka Slnku stratí zemská atmosféra všetok voľný kyslík
Glykozaminoglykány, mukopolysacharidy —sacharidová časť proteoglykánov, polysacharidov, medzi ktoré patria aminocukry-hexozamíny. V tele sú glykozaminoglykány kovalentne viazané na proteínovú časť proteoglykánov a nenachádzajú sa vo voľnej forme.
NMR spektroskopia - spektroskopická metódavýskum chemických predmetov využívajúcich fenomén nukleárnej magnetickej rezonancie. Fenomén NMR objavili v roku 1946 americkí fyzici F. Bloch a E. Persel.
Kvapalinová chromatografia a tandemová hmotnostná spektrometria je rozšírená metóda chemickej analýzy, ktorá kombinuje fyzikálnu separáciu kvapalinovej chromatografie s hmotnostnou spektrometriou.