​Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Университета химии и технологии Праги провели серию экспериментов, доказавших, что искусственные нейросети можно успешно использовать для точной идентификации повреждений ДНК, полученных под действием УФ-излучения.

В перспективе этот подход можно успешно использовать в современной медицинской диагностике. Статья, посвященная результатам исследования, опубликована в журнале Biosensors and Bioelectronics (Q1, 9.518).

peoXuT_m.png

Фото: Принципиальная схема работы SERS-сенсора в сочетании с нейросетью для анализа повреждений ДНК

Так, по словам авторов статьи, в настоящее время практически не изученным остается то, как именно УФ-облучение повреждает структуру ДНК, особенно при коротких временах облучения. При этом известно, что действие ультрафиолета может вызывать онкологические заболевания. Однако незначительные изменения в структуре самой ДНК классическими методами обнаружить почти невозможно.

«В статье "Распознавание фотоиндуцируемых повреждений ДНК с использованием поверхностно усиленной Рамановской спектроскопии в сочетании с искусственными нейросетями" мы предлагаем альтернативу известным методикам. Так, для исследования использовались модельные образцы —  олигонуклеотиды различных последовательностей. Часть из них подвергали облучению ультрафиолетом в течение разного времени. Затем мы использовали разработанные авторским коллективом высокочувствительные сенсорные системы на основе плазмон-поляритонных золотых решеток. На поверхность сенсора иммобилизовывались 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, уточняя, что исследования поддержаны грантом по Программе повышения конкурентоспособности ТПУ и проводятся под научным руководством профессора Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Марины Трусовой.

Напомним, 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 1x0,5 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.

Источники

Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
ТАСС, 22/10/2019
Ученые обучили нейросети успешно выявлять повреждения ДНК под действием УФ-излучения
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 23/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
SFO.AllBusiness.ru, 22/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
Пресс-релизы Mnet.ru, 22/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
Европейский союз (eu.allbusiness.ru), 22/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
Пресс-релизы Publishernews.ru, 22/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
Бизнес России. Томская область (tomsk.allbusiness.ru), 22/10/2019
Ученые ТПУ научили нейросети находить повреждения ДНК
РИА Томск (riatomsk.ru), 23/10/2019
Нейросеть научили находить повреждения ДНК, вызывающие рак
Поиск (poisknews.ru), 23/10/2019
Ученые обучили нейросети успешно выявлять повреждения ДНК
Русская весна (rusnext.ru), 23/10/2019
Ученые обучили нейросети успешно выявлять повреждения ДНК
ТАСС, 23/10/2019
Ученые обучили нейросети успешно выявлять повреждения ДНК
Point (point.md), 24/10/2019
Томские ученые научили нейросети находить повреждения в ДНК
ИА Flashsiberia, 24/10/2019
В Томском политехе обучили нейросети выявлять повреждения ДНК под действием УФ-излучения
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 24/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 27/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
Новости@Rambler.ru, 27/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
SMIonline (so-l.ru), 27/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
Wi-fi.ru, 27/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
Seldon.News (news.myseldon.com), 27/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
Спутник Новости (news.sputnik.ru), 22/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
Инновации и предпринимательство (innovbusiness.ru), 22/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
Россия (russia.allbusiness.ru), 22/10/2019
Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК
Восточная Европа (easterneurope.allbusiness.ru), 22/10/2019

Похожие новости

  • 11/04/2016

    Разработка томских ученых поможет увеличить урожай

    ​В ​Томском госуниверситете (ТГУ) выделили штамм бактерий AZ-D10, который помогает растениям усваивать ценные вещества из воздуха, что позволяет значительно увеличить урожай.  Микроорганизм будет препятствовать и развитию грибных заболеваний, так как выделяет в окружающую среду биофунгициды и вещества, способствующие росту.
    2050
  • 15/02/2019

    В Томске за состоянием пациентов с кардиостимуляторами будут следить удаленно

    Впервые в НИИ кардиологии Томского НИМЦ за состоянием пациентов с имплантированными кардиологическими устройствами Medtronic будут следить удаленно. В кардиологическом диспансере установлена система удаленного мониторинга пациентов — CareLink Express, не имеющая аналогов в Томской области.
    467
  • 21/02/2017

    Разработки ТПУ для имплантологии выходят на стадию клинических испытаний

    ​Биодеградируемые имплантаты Томского политехнического университета выходят на стадию клинических испытаний. Как сообщают ученые ТПУ, на стадии доклинических исследований эффективность томских изделий уже доказана, и сегодня некоторые биоразлагаемые имплантаты Томского политеха сегодня частично используются в медицинской практике в одном из ведущих ортопедических центров России - Центре Илизарова.
    2250
  • 04/08/2016

    Сибирские ученые проводят испытания препарата для детоксикации печени

    ​Ученые Сибирского государственного медицинского университета (СибГМУ) проводят испытания уникального лекарственного средства, которое активирует системы детоксикации печени при хронических гепатитах различной природы.
    1738
  • 29/06/2018

    Агрономы ТГУ помогут томичам решить проблему витаминного голода

    ​Здоровье населения во многом зависит от питания. В настоящее время многие горожане сталкиваются с тем, что называется голоданием второго типа: при употреблении достаточного количества пищи люди недополучают необходимые организму витамины и микроэлементы.
    789
  • 13/08/2018

    Томские ученые знают, как «захватить» наномир

    ​Пока мировое сообщество пытается узнать, что таят в себе морские глубины необъятного Мирового океана и бесконечное космическое пространство, зарубежные ученые Томского политехнического университета — профессора Рауль Родригес и Евгения Сергеевна Шеремет — пытаются «захватить» наномир и контролировать отдельные молекулы.
    672
  • 06/05/2019

    Биологи ТГУ создадут стартап на территории Евросоюза

    ​Технология «Аэрощуп», разработанная БИ ТГУ для очистки донных отложений нефтезагрязненных водоемов, готова к выходу на европейский рынок.  В апреле 2019 года Биологический институт принял участие в конференции Deep Tech Atelier в Риге (Латвия), где состоялись переговоры с руководством реактора коммерциализации.
    445
  • 14/02/2018

    Томские ученые повысят эффективность лечения шизофрении и болезни Паркинсона

    ​Аспирант БИ ТГУ, сотрудник лаборатории молекулярной генетики и биохимии НИИ психического здоровья ТНИМЦ Иван Пожидаев исследует гены, которые влияют на реакцию человеческого организма на лекарства при шизофрении и болезни Паркинсона.
    1903
  • 05/05/2016

    В Томске представят портативный экспресс-анализатор мельдония

    ​Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают отечественный метод экспресс-определения содержания мельдония в организме спортсменов и в составе биологически активных добавок, а также портативный электрохимический анализатор, который будет дешевле импортных аналогов.
    1735
  • 04/09/2017

    Томские ученые разработали новую программу «Медицина будущего»

    ​Ученые ТГУ и Института физики прочности и материаловедения СО РАН разработают новую комплексную программу для технологической платформы "Медицина будущего". Такое решение было принято на форуме "Армия-2017", в рамках которого прошел круглый стол об аддитивных технологиях в медицине.
    2029