В перспективе этот подход может применяться в современной медицинской диагностике
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
может применяться в современной медицинской диагностике. Статья,
посвященная результатам исследования, опубликована в журнале
Biosensors and Bioelectronics (Q1, 9.518).
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 (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.
Пресс-служба Томского политехнического университета
Иллюстрация: Принципиальная схема работы SERS-сенсора в
сочетании с нейросетью для анализа повреждений ДНК
