Tehisintellekt võimaldab elusate rakkude sisse piiluda moel, mis võib muuta maailma
Teadlased usuvad, et raku ruumiline raalmudel võib kujuneda murranguliseks.
Mida pikaajalisem on bioloogi tööalane kogemus, seda rohkem mäletab ta peast rakustruktuuride kirjeldusi ja nendega seonduvat teavet. Elavate rakkude kindlate piirkondade uurimine nõuab järkjärgulist lähenemist — raku eri osade koostoimimise nüansside väljaselgitamist ja ajakulukat nn rakusildistamist (ingl cell labelling).
Nüüd aga on USA-s Washingtoni osariigis Seattle’is tegutsev Paul Alleni raku-uuringute instituut avaldanud inimraku esimese prediktiivse (ennustava) 3D-mudeli nimetusega Allen Integrated Cell, mis uurijate kinnitusel võib kaasa tuua ulatusliku murrangu raku-uuringute vallas.
„See on uus võimalus vaadata, mis toimub inimkeha elavate rakkude sees,“ rääkis Alleni raku-uuringute instituudi tegevjuht Rick Horowitz. „Me näeksime terviklikku rakku nagu esimest korda. Tulevikus avaldab see mõju nii ravimite avastamisele, haiguste uurimisele kui ka inimeste rakkude uurimisele kõige elementaarsemal tasandil.“
Murrangulise mudeli loomiseks redigeerisid teadlased arvukalt inimrakke, lisades neisse fluorestseeruvaid valgulisi märgiseid, mis panevad raku sees helendama konkreetsed struktuurid.
Uurijate töörühm tegi neist helendavatest rakkudest kümneid tuhandeid fotosid ning koostas seejärel tehisintellekti abiga tõenäosusliku mudeli, mis plasmamembraani ja rakutuuma kuju alusel prognoosib suvalise raku struktuuride kõige tõenäolisemat kuju ja asukohta.
Seejärel töötlesid teadlased ülesvõtteid masinõppe-algoritmiga, mis kasutas helendavate märgistega rakkude analüüsimisel kogunenud andmeid rakustruktuuride leidmiseks teistest rakkudest, mida polnud fluorestseeruvate märgistega varustatud.
Pärast kõigi nende andmete kombineerimist suutis süsteem luua kujutisi, mis nägid välja peaaegu täpselt samasugused nagu traditsioonilise (kuid pahatihti väga kuluka ja toksilise) fluorestsentsmikroskoopia abil tehtud fotod.
„Seni on meie suutlikkus seirata seda, mis toimub inimrakkude sees, olnud väga piiratud,“ rõhutas California tehnoloogiainstituudi bioloogia, biotehnika ja rakendusfüüsika professor Michael Elowitz.
„Varem saime vaadelda vaid neid valke, mille olime spetsiaalselt sildistanud. Alleni „integreeritud rakk“ on nagu raku-uurija unistuste tasuta lõunasöök — nüüd saame ilma igasuguse sildistamiseta „maiustada“ hulka eri valke ja organelle sisaldavas „rootsi lauas“. See avab täiesti uue ja senisest palju tõhusama viisi rakubioloogia uurimiseks. Kogu valdkonda ootab ees suur murrang.“
