Rensselaer Politeknik Enstitüsü'nden bir ekip, bilgisayar yazılımının
Glikozaminoglikanlar – karmaşık bir repertuarShakespeare'in bir eseri gibi diziler - karmaşık bir harf dizisi. Bunları okumak nasıl bir uzmana ihtiyaç duyuyorsa, bunları yazmak da bir uzmana ihtiyaç duyar. Makineyi, ababab veya bcbcbc gibi dört harfli kelimelerin eşdeğerlerini hızlı bir şekilde okuyacak şekilde eğittik. Bunlar hiçbir anlamı olmayan basit dizilerdir. Ancak bir makineye okumanın öğretilebileceğini gösterdiler. Bu teknolojiyi büyütüp geliştirirsek, yıllar sürmeden, gerçek zamanlı olarak glikanları ve hatta proteinleri dizileme potansiyeline sahiptir.
Robert Linhardt, baş araştırmacı ve profesör. Rensselaer Politeknik Enstitüsü'nde kimya ve kimyasal biyoloji alanında
Ticari sıralama cihazlarınanogözenekler, DNA dizilemesi için kullanılır. A, C, G ve T harfleri olarak bilinen, sonsuz çeşitlilikte konfigürasyonlarda birbirine bağlanmış dört nükleik asit biriminden oluşur. Cihaz, zardaki bir delikten bir metrenin yalnızca birkaç milyarda biri genişliğinde iyonik akım kullanır. DNA ipleri deliğin bir tarafına yerleştirilir ve içinden akım ile çekilir. Her bir nükleik asit, deliği geçerken bir dereceye kadar bloke eder, akımı bozar ve o nükleik asitle ilişkili spesifik bir sinyal verir. Şu anda saha araştırmasında kullanılan cihazlar, nispeten hızlı ve otomatikleştirilmiş birkaç DNA sıralama yönteminden sadece biridir.
Glikozaminoglikanlar (GAG)yapısal olarak karmaşık bir glikan sınıfı. Bunlar canlı organizmalarda bulunan temel şekerlerdir. Hücre büyümesinde ve sinyalleşmesinde, antikoagülasyonda ve yara iyileşmesinde birçok işlevi vardır. Günümüzde glikozaminoglikanlar kesilen hayvanlardan ekstrakte edilerek ilaç ve nutrasötik olarak kullanılmaktadır.
DNA gibi bölünebilirleronları oluşturan disakkarit şeker birimleri. Ancak DNA doğrusal bir dizide yalnızca dört harften oluşurken, glikanların düzinelerce temel birimi vardır. Bazılarına sülfat, asit ve amid grupları eklenmiştir. Örneğin, nispeten küçük, doğal olarak oluşan altı şeker biriminden oluşan bir heparan sülfat molekülü bile 32.768 olası diziye sahip olabilir. Glikan dizilimi, özenli laboratuvar çalışmalarına ve sıvı kromatografisi, tandem kütle spektrometrisi ve nükleer manyetik rezonans spektroskopisi gibi tekniklerin kullanıldığı karmaşık analizlere dayandığından hantal olmaya devam ediyor.
Nanopor ve görüntüleme yazılımı, sülfatlanmış glikozaminoglikanı gerçek zamanlı olarak sıralayabilir. Kredi: Rensselaer Politeknik Enstitüsü.
Bilim adamları, yaygın kan inceltici heparinin sentetik bir versiyonunu geliştirdiler. Doğal olarak oluşan formları anlamak ve sentetik varyantlar geliştirmek için GAG'yi sıralıyor.
Bilim adamları ekibi her heparan sülfatı atladıNanoporlar aracılığıyla ve cihazın çıkış voltajını zamana göre gösteren bir grafik oluşturdu. Dört varyantın her biri cihazdan 2.000'den fazla kez geçti, bu da deneysel nano-gözeneklerin temel tasarımını dikkate alarak doğru okuma istatistiksel olasılığını artırdı.
Cihaz, en basit heparan sülfatı gerçek zamanlı olarak sıraladı ve bilim adamlarının dört numunenin her biri için aynı anda kolayca tanıyabilecekleri bir model oluşturdu. Farklı oldukları hemen anlaşılıyor.
Ekip, objektif bir analiz sağlamak içinsonuçları ücretsiz makine öğrenimi ve görüntü tanıma yazılımına yükledi. Google'ın derin sinir ağını, dört farklı modeli ayırt etmek ve her bir heparan sülfat varyantını tanımlamak için yazılım eğitmek için kullandılar. En başarılı model, neredeyse% 97 doğrulukla bir analiz verdi.
GAG dizisi bilgi içeriğiaynı miktarda DNA veya RNA'yı önemli ölçüde aşabilir. Bu, onları hızlı bir şekilde okuma yeteneğinin yaşamın karmaşık biyokimyasını anlamak için yeni bir pencere açtığı anlamına gelir. Kavram kanıtı araştırması, yenilikçi nano ölçekli algılama tekniklerini son teknoloji makine öğrenimi araçlarına bağlar.
Glikozaminoglikanların oranının düşürülmesiNanoporlardan geçmek doğruluğu artıracak ve cihaz daha karmaşık diziler üzerinde eğitilebilecek. Bununla birlikte, bilim adamları, önemli GAG moleküllerinin sıralanması için gereken süreyi birkaç yıldan dakikalara düşürdüler.
Daha fazla oku
Fizikçiler bir kara deliğin benzerini yarattılar ve Hawking'in teorisini doğruladılar. Nereye götürür?
Algoritma, Dünya'nın içinde yeni bir gizemli katman keşfetti
Güneş yüzünden, Dünya'nın atmosferi tüm serbest oksijeni kaybedecek
Glikozaminoglikanlar, mukopolisakkaritler —amino şekerler-heksozaminleri içeren proteoglikanların, polisakkaritlerin karbonhidrat kısmı. Vücutta glikozaminoglikanlar, proteoglikanların protein kısmına kovalent olarak bağlanır ve serbest formda bulunmaz.
NMR spektroskopisi - spektroskopik yöntemnükleer manyetik rezonans fenomeni kullanarak kimyasal nesnelerin araştırılması. NMR fenomeni, 1946'da Amerikalı fizikçiler F. Bloch ve E. Persel tarafından keşfedildi.
Sıvı kromatografi ve tandem kütle spektrometrisi, sıvı kromatografinin fiziksel ayrılmasını kütle spektrometresi ile birleştiren, yaygın olarak kullanılan bir kimyasal analiz yöntemidir.