Мы не знаем и половины того, что находится в наших клетках или что показывает новая техника искусственного интеллекта

Большинство заболеваний человека можно исследовать вплоть до неисправных частей клетки. Например, опухоль может расти потому, что определенный ген не был точно передан в определенный белок. Или метаболическое заболевание возникает из-за того, что должным образом не работают митохондрии.

Для того, чтобы понять, какие части клетки не функционируют должным образом во время заболевания, ученым сначала нужно иметь полный список всех элементов клетки.

Объединив методы микроскопии, биохимии и искусственного интеллекта, исследователи из Калифорнийского университета сделали прорыв в понимании человеческих клеток.

"Представляя себе клетку, вы, вероятно, видите перед глазами красочную диаграмму из учебника по клеточной биологии с митохондриями, эндоплазматическим ретикулумом и ядром. Но это не полная картина", - сказал Трей Идекер. "Теперь у нас появилась возможность заглянуть глубоко внутрь", - пояснил он.

В ходе исследования ученые обнаружили группу белков, формирующих незнакомые конструкции. Они выявили около 70 компонентов, содержащихся внутри клеток почек человека, о половине из которых ранее не имели представления. По их мнению они определяют структуру неизученного комплекса белков, что связывает РНК. Этот комплекс, вероятно, участвует в сплайсинге, важном клеточном процессе, который обеспечивает передачу генов в белки и помогает определить, какие гены активируются и в какое время.

Внутренности клеток, включая обнаруженные белки, обычно изучаются с использованием одного из двух методов: микроскопического изображения или биофизической ассоциации. С помощью визуализации исследователи добавляют флуоресцентные метки различных цветов к интересующим белкам и отслеживают их движения и связи через микроскоп. Чтобы изучить биофизические ассоциации, исследователи могут использовать антитело, относящееся к белку. Для этого его пытаются вытащить из клетки и посмотреть, что еще к нему прикреплено.

Команда уже много лет интересуется картированием (визуализацией) внутренней работы клеток. Оно позволяет визуально отобразить структуру клеток на изображениях клеточной микроскопии.

"Комбинация этих технологий уникальна и мощна, потому что впервые были объединены измерения в совершенно разных масштабах", - сказал ведущий исследователь Юэ Цинь.

Микроскопы позволяют ученым увидеть элементы клеток размером до одного микрона, включая митохондрии. Более мелкие элементы, такие как отдельные белки и белковые комплексы, невозможно увидеть в микроскоп. Методы биохимии, исследующие отдельный белок, позволяют ученым использовать уже нанометровую шкалу.

При этом возникает проблема преодоления разрыва от нанометрового до микронного масштаба. Долгое время в биологических науках это являлось большим препятствием.

Оказалось, что это можно преодолеть, используя искусственный интеллект. Программа позволяет просмотреть данные из нескольких источников и собрать их в качестве модели ячейки.

Команда обучила платформу просматривать все данные и выстраивать модель ячейки. Однако система пока не может сопоставлять содержимое ячеек с определенными местоположениями, как схема в учебнике, отчасти потому, что их местоположения не обязательно фиксированы. Местоположения компонентов динамичны и изменяются в зависимости от типа ячейки и ситуации.

Идекер отметил, что это было пилотное исследование для проверки музыки. Они изучили только 661 белок и один тип клеток.

"Очевидный следующий шаг-пройти через всю человеческую клетку, - сказал Идекер, - а затем перейти к различным типам клеток, людям и видам. В конечном счете мы могли бы лучше понять молекулярную основу многих заболеваний, сравнивая различия между здоровыми и больными клетками".