Kombinovanjem mikroskopije, biohemijskih tehnika i vještačke inteligencije, istraživači s Medicinskog fakulteta Univerziteta u Kaliforniji u San Diegu i saradnici su napravili ono što misle da bi moglo biti značajan korak naprijed u razumijevanju ljudskih ćelija – riječ je o tehnici poznatoj kao Multi-Scale Integrated Cell (MuSIC).

“Ako zamislite ćeliju, vjerovatno zamišljate šareni dijagram u svom udžbeniku biologije ćelija, s mitohondrijima, endoplazmatskim retikulumom i jezgrom. Ali je li to cijela priča? Definitivno ne. Naučnici su odavno shvatili da postoji više onoga što ne znamo nego što znamo, ali sada konačno imamo način da pogledamo dublje”, rekao je Trej Ideker profesor na UC San Diego School of Medicine i Moores Cancer Center, koji je studiju vodio s dr Emom Lundberg s Kraljevskog tehnološkog instituta KTH u Stokholmu.

U pilot studiji, MuSIC je otkrio otprilike 70 komponenti sadržanih unutar ćelijske linije ljudskog bubrega, od kojih polovina nikada prije nije viđena. U jednom primjeru, istraživači su uočili grupu proteina koji tvore nepoznatu strukturu. Radeći s kolegom s UC San Diego na kraju su utvrdili da je struktura novi kompleks proteina koji veže RNA. Kompleks je vjerovatno uključen u spajanje, važan ćelijski događaj koji omogućava prevod gena u proteine ​​i pomaže u određivanju koji se geni aktiviraju u kojem trenutku.

Unutrašnjost ćelija – i mnogi proteini koji se tamo nalaze – obično se proučavaju pomoću jedne od dvije tehnike: mikroskopske slike ili biofizičke povezanosti. Pomoću snimanja, istraživači dodaju fluorescentne oznake različitih boja proteinima od interesa i prate njihove pokrete i asocijacije u vidnom polju mikroskopa. Kako bi pogledali biofizičke asocijacije, istraživači bi mogli koristiti antitijelo specifično za protein kako bi ga izvukli iz ćelije i vidjeli što je još vezano za njega.

Tim je dugi niz godina zainteresovan za mapiranje unutarnjeg rada ćelija. Ono što je drugačije kod MuSIC-a je korišćenje dubokog učenja za mapiranje ćelije direktno iz ćelijskih mikroskopskih slika.

“Kombinacija ovih tehnologija je jedinstvena i moćna jer je to prvi put da su mjerenja na znatno različitim skalama spojena”, rekao je prvi autor studije Ju Kin, student diplomskog studija bioinformatike i biologije sistema u Idekerovoj laboratoriji.

Mikroskopi omogućavaju naučnicima da vide do nivoa od jednog mikrona, otprilike veličine nekih organela, poput mitohondrija. Manji elementi, kao što su pojedinačni proteini i proteinski kompleksi, ne mogu se vidjeti kroz mikroskop. Biokemijske tehnike, koje počinju s jednim proteinom, omogućavaju naučnicima da se spuste na nanometarsku ljestvicu.

“Ali kako premostiti taj jaz od nanometarske do mikronske skale? To je dugo bila velika prepreka u biološkim naukama”, rekao je Ideker, koji je takođe osnivač UC Cancer Cell Map Initiative i UC San Diego Centra za računsku biologiju i bioinformatiku. “Ispostavilo se da to možete učiniti s vještačkom inteligencijom – gledajući podatke iz više izvora i tražite od sistema da ih sastavi u model ćelije.”

Tim je trenirao MuSIC platformu vještačke inteligencije da pregleda sve podatke i napravi model ćelije. Sistem još ne preslikava sadržaj ćelije na određena mjesta, poput dijagrama udžbenika, dijelom zato što njihove lokacije nisu nužno fiksne. Umjesto toga, mjesta komponenti su fluidna i mijenjaju se u zavisnosti od vrsti ćelije i situacije.

Ideker je istaknuo da je ovo bila pilot studija za testiranje MuSIC-a. Proučili su samo 661 protein i jednu vrstu ćelije.

“Jasan sledeći korak je duvati kroz cijelu ljudsku ćeliju, a zatim preći na različite tipove ćelija, ljude i vrste. Na kraju bismo mogli bolje razumjeti molekularnu osnovu mnogih bolesti upoređujući što se razlikuje između zdravih i bolesnih ćelija”, rekao je Ideker. (Izvor: znano.st)