Baltymų susikaupimas yra daugelio neurodegeneracinių sutrikimų, turinčių įtakos smegenims, tokių kaip Alzheimerio liga ir demencija, priežastis. Kopenhagos universiteto mokslininkai sukūrė naują įrankį, kuris gali padėti rasti ir ištirti šiuos mažyčius baltymų gumuliukus. Tyrimas buvo paskelbtas m Gamtos komunikacijos.
Rezultatai atveria kelią geriau suprasti mažiausius kūno statybinius blokus ir geriau gydyti tokias ligas kaip vėžys, Alzheimerio ir Parkinsono liga.
Beveik 100 000 vyresnių nei 65 metų danų ir daugiau nei 55 milijonai žmonių visame pasaulyje gyvena su demencija susijusių sutrikimų, tokių kaip Alzheimerio ir Parkinsono liga. Šios ligos atsiranda, kai kai kurios iš mažiausių kūno statybinių blokų susilieja ir sunaikina gyvybines funkcijas. Kodėl taip atsitinka ir kaip ją gydyti, lieka mokslinė paslaptis. Iki šiol šio reiškinio tyrimas buvo labai sudėtingas ir ribotas, nes nebuvo tinkamų priemonių.
Dabar mokslininkai iš Kopenhagos universiteto Chemijos katedros Hatzakis laboratorijos išrado mašininio mokymosi algoritmą, kuris gali stebėti susikaupimą po mikroskopu realiu laiku. Algoritmas gali automatiškai nustatyti ir sekti svarbias sulipusių statybinių blokų, sukeliančių Alzheimerio ligą ir kitus neurodegeneracinius sutrikimus, charakteristikas. Iki šiol tai padaryti buvo neįmanoma.
„Per kelias minutes mūsų algoritmas išsprendžia iššūkį, kuriam mokslininkams prireiktų kelių savaičių. sutrikimų“, – sako dr. Jacobas Kæstel-Hansenas iš Chemijos katedros, kuris kartu su Nikos Hatzakis vadovavo algoritmo tyrimų grupei.
Mikroskopiniai baltymai aptikti akimirksniu
Junginių ir signalų susijungimas ir apsikeitimas tarp baltymų ir kitų molekulių mūsų ląstelėse vyksta milijardus kartų natūralių procesų, leidžiančių mūsų kūnams funkcionuoti, metu. Tačiau kai atsiranda klaidų, baltymai gali susikaupti taip, kad trukdytų jų gebėjimui dirbti taip, kaip numatyta. Be kita ko, tai gali sukelti neurodegeneracinius smegenų sutrikimus ir vėžį.
Mokslininkų mašininio mokymosi algoritmas mikroskopiniuose vaizduose gali aptikti baltymų sankaupas iki milijardosios metro dalies. Tuo pačiu metu algoritmas gali suskaičiuoti ir sugrupuoti grupes pagal jų formas ir dydžius, stebint jų raidą laikui bėgant. Gumbelių atsiradimas gali turėti didelės įtakos jų funkcijai ir jų elgesiui organizme, tiek geriau, tiek blogiau.
„Tiriant gabalėlius per mikroskopą, greitai matote, kad, pavyzdžiui, kai kurie yra apvalesni, o kiti turi siūlinę struktūrą. Be to, tiksli jų forma gali skirtis priklausomai nuo sutrikimo, kurį jie sukelia. Tačiau sėdėti ir skaičiuoti juos rankiniu būdu daug tūkstančių laikas užtrunka labai ilgai, o jį būtų galima geriau skirti kitiems dalykams“, – sako Steenas Benderis iš Chemijos katedros, pirmasis straipsnio autorius.
Ateityje algoritmas leis daug lengviau sužinoti daugiau apie tai, kodėl susidaro gumulėliai, kad galėtume sukurti naujus vaistus ir gydymo būdus kovai su šiais sutrikimais.
„Pagrindinis šių gumulėlių supratimas priklauso nuo to, ar galime juos pamatyti, sekti ir kiekybiškai įvertinti bei apibūdinti, kaip jie atrodo laikui bėgant. Jokie kiti metodai šiuo metu negali to padaryti automatiškai ir taip efektyviai”, – sako jis.
Priemonės yra laisvai prieinamos visiems
Chemijos katedros mokslininkai šiuo metu aktyviai naudoja įrankį eksperimentams su insulino molekulėmis. Kai insulino molekulės kaupiasi, susilpnėja jų gebėjimas reguliuoti cukraus kiekį kraujyje.
„Mes taip pat matome šį nepageidaujamą insulino molekulių susikaupimą. Mūsų naujasis įrankis gali leisti mums pamatyti, kaip šiuos gumulėlius veikia bet kokie mūsų pridedami junginiai. Tokiu būdu modelis gali padėti mums suprasti, kaip galima juos sustabdyti arba paversti mažiau pavojingų ar stabilesnių gumulėlių“, – aiškina Kæstel-Hansen.
Taigi mokslininkai mato didelį potencialą, kad būtų galima panaudoti šį įrankį naujų vaistų kūrimui, kai bus aiškiai nustatyti mikroskopiniai statybiniai blokai. Tyrėjai tikisi, kad jų darbas paskatins išsamesnių žinių apie baltymų ir molekulių formas ir funkcijas rinkimą.
„Kadangi kiti mokslininkai visame pasaulyje pradės diegti šį įrankį, jis padės sukurti didelę molekulių ir baltymų struktūrų, susijusių su įvairiais sutrikimais ir apskritai biologija, biblioteką. Tai leis mums geriau suprasti ligas ir bandyti jas sustabdyti”, – sakoma išvada. Hatzakis iš Chemijos katedros.
Algoritmas yra laisvai prieinamas internete kaip atvirasis šaltinis ir jį gali naudoti mokslininkai ir visi kiti, norintys suprasti baltymų ir kitų molekulių susikaupimą.
Tyrimą atliko Steen WB Bender, Marcus W. Dreisler, Min Zhang, Jacob Kæstel-Hansen ir Nikos S. Hatzakis iš Chemijos katedros, remiant Novo Nordisk fondo optimizuoto oligo pabėgimo ir ligų kontrolės centro.