Поиск - новости науки и техники

Нейросеть научили находить повреждения ДНК, вызывающие рак

23.10.2019

Нейросети можно успешно использовать для точной идентификации повреждений ДНК, которые были получены под действием УФ-излучения, провоцирующего развитие онкологических заболеваний. Это доказали ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Праги. Статья, посвященная результатам их исследования, опубликована в журнале Biosensors and Bioelectronics.

В настоящее время неизвестно, как именно УФ-облучение повреждает структуру ДНК. Особенно, при коротких временах облучения. Но установлено, что действие ультрафиолета может вызвать рак. При этом, незначительные изменения в структуре самой ДНК классическими методами обнаружить почти невозможно. А вот распознавание фотоиндуцируемых повреждений ДНК с использованием поверхностно усиленной Рамановской спектроскопии в сочетании с искусственными нейросетями – значительно увеличивают шансы поймать болезнь на ранней стадии.

В ходе работы исследователи изучали модельные образцы —  олигонуклеотиды различных последовательностей. Часть из них подвергали облучению ультрафиолетом в течение разного времени. Затем, использовали разработанные авторским коллективом высокочувствительные сенсорные системы на основе плазмон-поляритонных золотых решеток.

 На поверхность сенсора иммобилизовывались (фиксировались) олигонуклеотиды, которые, в дальнейшем, подвергались гибридизации с облученными олигонуклеотидами. Затем изменения в структуре ДНК анализировались с помощью рамановского спектрометра,

— рассказывает один из авторов статьи, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Постников.

Он добавляет, что полученные спектры использовались для обучения искусственных нейросетей. При этом анализ и интерпретация спектров олигонуклеотидных последовательностей представляет собой довольно сложную задачу, особенно если они проводятся массово и с высоким уровнем статистической обработки.

Использование нейросетей позволило нам избежать математической обработки огромного количества спектров и необходимости оптимизации самой процедуры измерения. Кроме того, нейросети не только выявляют сами повреждения, но и очень эффективно предсказывают изменения в структуре ДНК, вызванные УФ-излучением. Более того, изменения, которые незаметны при использовании традиционных методов, с высокой точностью идентифицируются нейросетью в сочетании с поверхностно усиленной Рамановской спектроскопией,

— поясняет Павел Постников.

Отметим, исследователи считают, что нейросети и Рамановскую спектроскопию, в перспективе, можно успешно использовать для медицинской диагностики. Причем данную методику в дальнейшем можно совершенствовать.

Анализ биологических объектов методами Рамановской спектроскопии до сих пор является крайне сложной, но интересной и перспективной задачей. И в этом плане повреждение ДНК под действием УФ-излучения являлось для нас крайне интересной моделью. Данная концепция, позволяющая выявлять минимальные изменения в структуре ДНК, может быть расширена и усовершенствована,

— подчеркивает политехник.

Для справки:

В Исследовательской школе химических и биомедицинских технологий ТПУ реализуется более десяти различных направлений, посвященных разработке гибридных материалов, сочетающих в себе разные свойства. Одно из них — создание высокочувствительных сенсорных систем. Сенсоры — это многослойная конструкция: в их основе тонкая волнообразная золотая пленка размером 1×0,5 см, которая модифицируется специальными органическими соединениями — солями диазония. Благодаря разработкам исследователей ТПУ, с помощью сенсора можно обнаруживать токсичные вещества, тяжелые металлы, а также некоторые заболевания и дефекты в структуре ДНК. Преимущества «гибридных» сенсоров — сверхчувствительность, скорость проведения анализа и возможность проведения анализа на месте отбора пробы.

Елена Степанова

Нет комментариев