எலக்ட்ரான் கிரையோ-டோமோகிராபி (கிரையோ-இடி) செல்லுலார் (AI software enables imaging of proteins in cells) சூழல்கள் மற்றும் மூடப்பட்ட உயிர் மூலக்கூறுகளின் விரிவான 3D படங்களை வழங்குவதற்கான ஒரு சக்திவாய்ந்த நுட்பமாக வெளிவருகிறது.
இருப்பினும், மேலும் செயலாக்கத்திற்காக படங்களில் உள்ள புரத மூலக்கூறுகளை அடையாளம் காண்பது முறையின் சவால்களில் ஒன்றாகும். டார்ஸ்டன் வாக்னர் தலைமையிலான டார்ட்மண்டில் உள்ள மூலக்கூறு உடலியல் எம்பிஐயின் இயக்குனரான ஸ்டீபன் ரவுன்சரைச் சுற்றியுள்ள ஆராய்ச்சிக் குழு, நெரிசலான செல்லுலார் தொகுதிகளில் புரதங்களைத் தேர்ந்தெடுப்பதற்கான மென்பொருளை உருவாக்கியது.
TomoTwin எனப்படும் புதிய ஓப்பன் சோர்ஸ் கருவி, ஆழ்ந்த மெட்ரிக் கற்றலை அடிப்படையாகக் கொண்டது மற்றும் ஒவ்வொரு முறையும் கைமுறையாக நெட்வொர்க்கை உருவாக்காமல் அல்லது மீண்டும் பயிற்சி செய்யாமல் அதிக துல்லியம் மற்றும் செயல்திறன் கொண்ட பல புரதங்களைக் கண்டறிய விஞ்ஞானிகளை அனுமதிக்கிறது.
“TomoTwin புரதங்களை அவற்றின் செல்லுலார் சூழலில் நேரடியாக அடையாளம் காணவும், உள்ளூர்மயமாக்கவும் வழி வகுக்கிறது, இது cryo-ET இன் திறனை விரிவுபடுத்துகிறது,” என்கிறார் வெளியீட்டின் இணை முதல் ஆசிரியரான கவின் ரைஸ். Cryo-ET ஆனது உயிரணுக்களுக்குள் எவ்வாறு உயிர் மூலக்கூறுகள் செயல்படுகின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்வதற்கும், அதன் மூலம், வாழ்க்கையின் அடிப்படையையும் நோய்களின் தோற்றத்தையும் வெளிப்படுத்தும் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது.
ஒரு cryo-ET பரிசோதனையில், விஞ்ஞானிகள் ஒரு டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியைப் பயன்படுத்தி, சிக்கலான உயிரணுக்களைக் கொண்ட செல்லுலார் தொகுதியின் டோமோகிராம்கள் எனப்படும் 3D படங்களைப் பெறுகின்றனர். ஒவ்வொரு வெவ்வேறு புரதங்களின் விரிவான படத்தைப் பெற, அவை முடிந்தவரை பல நகல்களை சராசரியாகப் பெறுகின்றன.
ஒரே புகைப்படத்தை வெவ்வேறு வெளிப்பாடுகளில் புகைப்படக் கலைஞர்கள் கைப்பற்றுவதைப் போலவே, பின்னர் அவற்றை ஒரு முழுமையான வெளிப்படும் படத்தில் இணைக்கிறார்கள். முக்கியமாக, படத்தில் உள்ள வெவ்வேறு புரதங்களை சராசரியாகக் கணக்கிடுவதற்கு முன் அவற்றைச் சரியாகக் கண்டறிந்து கண்டுபிடிக்க வேண்டும்.
“விஞ்ஞானிகள் ஒரு நாளைக்கு நூற்றுக்கணக்கான டோமோகிராம்களை அடைய முடியும். ஆனால் அவற்றில் உள்ள மூலக்கூறுகளை முழுமையாக அடையாளம் காண எங்களிடம் கருவிகள் இல்லை” என்று ரைஸ் கூறுகிறார்.
இதுவரை, டோமோகிராம்களில் பொருத்தங்களைத் தேடுவதற்கு, ஏற்கனவே அறியப்பட்ட மூலக்கூறு கட்டமைப்புகளின் வார்ப்புருக்களின் அடிப்படையிலான அல்காரிதங்களை ஆராய்ச்சியாளர்கள் பயன்படுத்தினர். ஆனால் இவை பிழையாக இருக்கும். கையால் மூலக்கூறுகளை அடையாளம் காண்பது உயர்தரத் தேர்வை உறுதி செய்யும் மற்றொரு விருப்பமாகும். ஆனால் தரவுத்தொகுப்புக்கு நாட்கள் முதல் வாரங்கள் வரை ஆகும்.
மேற்பார்வையிடப்பட்ட இயந்திரக் கற்றலின் ஒரு வடிவத்தைப் பயன்படுத்துவது மற்றொரு வாய்ப்பாகும். இந்தக் கருவிகள் மிகவும் துல்லியமானவை. ஆனால் தற்போது பயன்பாட்டினைக் கொண்டிருக்கவில்லை. ஏனெனில் ஒவ்வொரு புதிய புரதத்திற்கும் மென்பொருளைப் பயிற்றுவிக்க ஆயிரக்கணக்கான எடுத்துக்காட்டுகளை கைமுறையாக லேபிளிட வேண்டும். இந்த நெரிசலான செல்லுலார் சூழலில் சிறிய உயிரியல் மூலக்கூறுகளுக்கு இது கிட்டத்தட்ட சாத்தியமற்ற பணியாகும்.
டோமோட்வின் (AI software enables imaging of proteins in cells):
புதிதாக உருவாக்கப்பட்ட மென்பொருளான டோமோட்வின் பல தடைகளைத் தாண்டிச் செல்கிறது. இது டோமோகிராமிற்குள் ஒத்த வடிவத்தில் இருக்கும் மூலக்கூறுகளைத் தேர்ந்தெடுத்து அவற்றை வடிவியல் இடத்திற்கு வரைபடமாக்குகிறது.
இது ஒரே மாதிரியான புரதங்களை ஒன்றுக்கொன்று அருகில் வைப்பதற்காக கணினிக்கு வெகுமதி அளிக்கப்படுகிறது மற்றும் இல்லையெனில் அபராதம் விதிக்கப்படுகிறது. புதிய வரைபடத்தில் ஆராய்ச்சியாளர்கள் வெவ்வேறு புரதங்களை தனிமைப்படுத்தி துல்லியமாக அடையாளம் கண்டு, கலத்திற்குள் அவற்றைக் கண்டறிய இதைப் பயன்படுத்தலாம்.
“TomoTwin இன் ஒரு நன்மை என்னவென்றால், நாங்கள் முன் பயிற்சி பெற்ற தேர்வு மாதிரியை வழங்குகிறோம்,” என்கிறார் ரைஸ். பயிற்சிப் படியை அகற்றுவதன் மூலம், மென்பொருள் உள்ளூர் கணினிகளில் கூட இயங்க முடியும். அங்கு ஒரு டோமோகிராம் செயலாக்க பொதுவாக 60-90 நிமிடங்கள் தேவைப்படும். MPI சூப்பர் கம்ப்யூட்டர் ரேவன் இயக்க நேரம் ஒரு டோமோகிராமிற்கு 15 நிமிடங்களாக குறைக்கப்படுகிறது.
TomoTwin ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு ஒற்றை ஒன்றை கைமுறையாகத் தேர்ந்தெடுக்க எடுக்கும் நேரத்தில் டஜன் கணக்கான டோமோகிராம்களைத் தேர்ந்தெடுக்க அனுமதிக்கிறது. எனவே தரவின் செயல்திறன் மற்றும் சிறந்த படத்தைப் பெறுவதற்கான சராசரி விகிதத்தை அதிகரிக்கிறது.
மென்பொருளானது தற்போது செல்களில் 150 கிலோடால்டன்களை விட பெரிய குளோபுலர் புரதங்கள் அல்லது புரத வளாகங்களைக் கண்டறிய முடியும். எதிர்காலத்தில், Raunser குழுவானது சவ்வு புரதங்கள், இழை புரதங்கள் மற்றும் சிறிய அளவிலான புரதங்களை உள்ளடக்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது.
