Tehokas työkalu, joka on kehitetty koneoppimisen ja tekoälyn avulla, valaisee mikroproteiinien pimeää puolta ja paljastaa mikroproteiineja, joita aiemmin pidettiin mahdottomina havaita. Tämä löytö voi olla tärkeä terapeuttinen läpimurto.
Sisällysluettelo
ShortStop on koneoppimistyökalu, joka on kehitetty tutkimaan DNA:n vähiten tunnettuja ja tutkittuja alueita. Jotkut DNA:n alueet näyttävät sisältävän mikroproteiineja, joita pidetään suhteellisen tärkeinä. Ne voivat kuitenkin olla tärkeässä roolissa sairauksien kehittymisessä, joten niiden tunnistaminen voi johtaa uusien hoitomenetelmien kehittämiseen.
Proteiinit pidetään usein välttämättöminä elämälle, koska ne suorittavat lukuisia rakenteellisia ja toiminnallisia tehtäviä elimistössä, kun taas mikroproteiinit ovat saaneet vähemmän tunnustusta. 99 % DNA:sta, jota kuvataan koodaamattomaksi, ei käytännössä oteta huomioon.
Salk-instituutin tutkijat ovat tutkineet näitä ihmisen genomin ”pimeitä puolia” etsimällä suoraan kauan unohdettuja mikroproteiineja . Tätä varten he kehittivät ShortStop-työkalun, joka on luotu koneoppimisalgoritmien avulla.
Sen avulla he pystyivät analysoimaan geneettisiä tietokantoja ja määrittämään genomin alueet, jotka todennäköisesti koodaavat mikroproteiineja . He pystyivät myös ennustamaan, mitkä mikroproteiinit ovat todennäköisesti biologisesti merkittävimpiä. Tämä voi olla hyödyllistä arvokkaiden mikroproteiinien löytämiseksi lääketieteellistä tutkimusta ja tautien torjuntaa varten.
Nyt olemme huomanneet, että mikroproteiinit voivat olla avainasemassa terveyden ja sairauksien säätelyssä.
”Suurin osa kehomme proteiineista on hyvin tunnettuja, mutta viimeaikaiset löydöt osoittavat, että olemme jättäneet huomiotta tuhansia pieniä piiloproteiineja, joita kutsutaan mikroproteiineiksi ja jotka koodaavat unohdetut alueet genomistamme”, sanoo vanhempi kirjoittaja Alan Sagatel , professori ja tohtori Frederik Paulsenin nimisen laitoksen johtaja Salkissa.
Nyt olemme huomanneet, että mikroproteiinit voivat olla avainasemassa terveyden ja sairauksien säätelyssä.
”Pitkään tutkijat tutkivat vain niitä DNA:n alueita, jotka koodaavat suuria proteiineja, ja hylkäsivät kaiken muun ‘roskagenomin’ nimellä, mutta nyt olemme havainneet, että nämä muut alueet ovat itse asiassa erittäin tärkeitä ja että niiden tuottamat mikroproteiinit voivat olla avainasemassa terveyden ja sairauksien säätelyssä.”
Keuhkosyövän mikroproteiini
ShortStop valaisee mikroproteiineja, joita aiemmin pidettiin mahdottomina havaita. Työkalu ei vain löytänyt vaikeasti havaittavia mikroproteiineja, vaan myös yhden, jolla on lääketieteellistä merkitystä.
Keuhkosyövän tietokannasta tunnistettiin 210 uutta mikroproteiinia . Yksi niistä voi avata tien terapeuttisiin mahdollisuuksiin. Tämän mikroproteiinin ilmentyminen on havaittu lisääntyvän keuhkosyövissä.
Tutkijaryhmä analysoi kasvainten geneettistä DNA:ta tunnistaakseen joitakin toiminnallisia mikroproteiineja, jotka osallistuvat taudin kehittymiseen, mutta yksi niistä erottui: se ilmeni kasvainkudoksessa paljon voimakkaammin kuin normaalikudoksessa. Tämä voi tarkoittaa, että se voidaan tunnistaa keuhkosyövän biomarkkeriksi tai funktionaaliseksi mikroproteiiniksi , mikä voi mahdollisesti edistää tulevien hoitomenetelmien kehittämistä tätä tautia varten.
Miksi mikroproteiineja löytyy sameasta vedestä?
Mikroproteiinit olivat niiden koon vuoksi vaikeita havaita ja luokitella. Tavalliset proteiinit voivat koostua sadoista tai tuhansista aminohapoista, kun taas mikroproteiinit voivat sisältää alle 150 aminohappoa, mikä vaikeuttaa niiden tunnistamista tavallisten proteiinien tyypillisten mallien avulla . Tiimi joutui käyttämään uutta lähestymistapaa mikroproteiinien havaitsemiseksi suurista tietokannoista.
Oli myös vaikea erottaa toiminnalliset mikroproteiinit niistä, jotka eivät näyttäneet liittyvän tärkeään toimintaan elimistössä.
Kaikki mikroproteiinit eivät välttämättä ole biologisesti merkittäviä, mutta jotkut voivat olla.
ShortStop pystyy luokittelemaan mikroproteiinit toiminnallisiin ja ei-toiminnallisiin luokkiin koneoppimis- ja harjoittelujärjestelmiensä avulla.
Se suodattaa tehokkaasti mikroproteiinit, joilla ei välttämättä ole biologista merkitystä, ja voi analysoida RNA-tietokantoja, joita monet lääketieteelliset laboratoriot käyttävät.
Tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja, Brendan Miller , Sagatelanin laboratorion tutkija, sanoi: ”Nyt voimme etsiä mikroproteiineja terveistä ja sairaista kudoksista laajamittaisesti, mikä antaa uuden näkökulman ihmisen biologiaan ja avaa uusia mahdollisuuksia sairauksien, kuten syövän ja Alzheimerin taudin, diagnosointiin ja hoitoon.”
”Olemme jo keränneet valtavan määrän dataa, jota voimme nyt käsitellä ShortStopin avulla löytääksemme uusia mikroproteiineja, jotka liittyvät terveyteen ja sairauksiin – Alzheimerin taudista liikalihavuuteen ja muihin sairauksiin”, Sageteljan sanoi.
Menestyksekkäät tekoälypohjaiset työkalut, kuten ShortStop, voivat auttaa nopeuttamaan ymmärrystä genetiikan ja sairauksien välisistä yhteyksistä ja auttaa asiantuntijoita kehittämään tulevaisuuden hoitomenetelmiä.
