Комбинирајќи микроскопија, биохемиски техники и вештачка интелигенција, истражувачите од Медицинскиот факултет дел од Универзитетот на Калифорнија во Сан Диего  и нивните колеги од KTH Кралскиот институт за технологија во Стокхолм, Шведска и Универзитетот Стенфорд, направиле значителен исчекор во правец на разбирањето на човечките клетки. Техниката, позната како “мултиразмерна интегрирана клетка“ (Multi-Scale Integrated Cell – MuSIC), е опишана во нивниот труд објавен деновиве во Nature.

Во пилот студијата, MuSIC откри приближно 70 различни делови коишто се наоѓаат во клеточната линија на човечкиот бубрег, а половина од нив никогаш претходно не биле забележани. Во еден пример, истражувачите забележале група протеини кои формираат непозната структура, за на крајот да утврдат дека структурата претставувае нов протеински комплекс којшто ја врзува РНК. Комплексот веројатно има улога во спојувањето, важен клеточен настан што го овозможува преведувањето на гените во протеини и помага да се одреди кои гени во кое време се активираат.

Лево: Класичните клеточни дијаграми од учебниците даваат погрешна слика дека сите делови од клетката се јасно видливи и веќе дефинирани. (фото: OpenStax/Викимедија). Десно: Новата клеточна мапа генерирана од MuSIC техниката открива многу нови компоненти. Златно обоените точки ги претставуваат познати клеточни компоненти, додека виолетовите ги претставуваат новооткриените компоненти. Големината на точката го одразува бројот на различни протеини во дадената компонента. (фото: UC San Diego Health Sciences)

Внатрешноста на клетките - и многуте протеини пронајдени таму - обично се проучуваат со користење на една од двете техники: микроскопско снимање или биофизичка асоцијација. При правењето снимки, истражувачите додаваат флуоресцентни ознаки во различни бои на протеините од интерес и ги следат нивните движења и асоцијации низ видното поле на микроскопот. За разгледување на биофизичките асоцијации, истражувачите би можеле да искористат антитело што е специфично за протеинот за да го извлечат од клетката и да видат што друго е поврзано со него.

Тимот веќе повеќе години бил заинтересиран за мапирање на внатрешната работа на клетките. Со употребата на MuSIC методата која работи со длабоко учење за мапирање на клетката директно од слики направени со клеточна микроскопија, овој процес е во многу олеснет.

Микроскопите им овозможуваат на научниците да ги видат работите што се одвиваат на ниво до големина од еден микрон, колку што се приближно големина на некои од органелите, како митохондриите, на пример. Помалите елементи, како што се индивидуалните протеини и протеинските комплекси, не можат да се видат преку микроскоп. Од друга страна биохемиските техники, кои започнуваат со еден протеин, им овозможуваат на научниците да добијат увид од нанометарски размер. Овој до скоро “непремостлив” јаз од нанометарски до микронски размер сега научниците го премостија со користење на вештачка интелигенција.

Тимот ја обучил MuSIC платформата за вештачка интелигенција да ги разгледа сите податоци и да конструира модел на клетката. Системот сè уште не ја мапира содржината на клетката на одредени локации, налик на дијаграм, но ова се должи делумно и на тоа што локациите на некои сегменти од клетката не се фиксни. Наместо тоа, локациите на компонентите се флуидни и се менуваат во зависност од типот и ситуацијата на клетката.

Целото истражување всушност претставува пилот студија за тестирање на MuSIC. Засега научниот тим успеал да проучи само 661 протеин и еден клеточен тип. Според нив следен чекор би бил е да се проучи една цела човечка клетка, а потоа истражувањето би можело да се префрли на проучување на различни типови клетки, луѓе и видови. Со ова тие се надеваат дека можеби ќе добијата појасна слика за молекуларната основа на многу болести, преку споредба на здравите и заболените клетки.