کالتک دنیای علوم زیستی را متحول می کند/ اندازه گیری جرم پروتئین ها به وسیله یادگیری ماشین!

به گزارش خبرنگار علمی و فناوری خبرگزاری تیتر نیوز؛ دانشمندان دانشگاه کالتک با معرفی یک تکنیک انقلابی مبتنی بر یادگیری ماشین امکان اندازه گیری دقیق جرم ذرات فردی را با استفاده از دستگاه های پیشرفته نانو مقیاس فراهم کرده اند.

 این روش می تواند درک ما از پروتئوم ها را به طرز چشمگیری ارتقا دهد و به ویژه امکان اندازه گیری جرم پروتئین ها را در فرم بومی خود فراهم می کند. این دستاورد بینش های جدیدی درباره فرآیند های بیولوژیکی و مکانیسم های بیماری ها ارائه خواهد داد.

این تکنیک جدید به دانشمندان این امکان را می دهد که پروتئین ها و مولکول های فردی را به طور دقیق اندازه گیری کنند.

میکائیل روکوس پروفسور فیزیک فیزیک کاربردی و مهندسی زیستی در کالتک و یکی از نویسندگان مقاله ای که در نشریه نیچر کامونیکیشنز منتشر شده است گفت: “ما اکنون درباره طیف سنجی جرمی در سطح مولکول های فردی صحبت می کنیم؛ توانایی مشاهده کل پروتئین ها به صورت زمان واقعی بدون خرد کردن آنها. ”

 وی ادامه داد: “اگر ما یک تکنیک تک مولکولی داشته باشیم که از طریق آن بتوانیم میلیون ها پروتئین را در زمان معقولی اندازه گیری کنیم در این صورت می توانیم درک کاملی از پروتئوم ارگانیسم ها از جمله انسان ها به دست آوریم. ”

قدرت طیف سنجی جرمی

طیف سنجی جرمی یکی از ابزار های تحلیلی رایج است که برای کشف ترکیبات مولکولی استفاده می شود. در این فرآیند یک نمونه ناشناخته یونیزه شده و به سمت یک مسیر مشخص فرستاده می شود. سپس با استفاده از میدان مغناطیسی یا الکتریکی به یون ها فشار وارد می شود و میزان انحراف آنها اندازه گیری می گردد. هرچه یون ها سبک تر و بار مثبت تری داشته باشند بیشتر منحرف می شوند. این اطلاعات به محققان کمک می کند تا ترکیب شیمیایی نمونه را تحلیل کنند.

با این حال مرحله اولیه یونیزاسیون برای همه نمونه ها ایده آل نیست و به ویژه در نمونه های زیستی ممکن است تغییراتی ایجاد کند. در دو دهه گذشته با توسعه سیستم های نانو الکترومکانیکی (NEMS) نوعی از طیف سنجی جرمی ایجاد شده است که نیازی به یونیزه کردن نمونه ندارد و این امکان را به وجود آورده که جرم مولکول های کوچک را در زمان واقعی اندازه گیری کنند. این امر به دانشمندان این امکان را می دهد که بدون نیاز به حدس و گمان به تحلیل دقیق تری از ترکیب های شیمیایی بپردازند.

پیشرفت ها در دستگاه های NEMS

طیف سنجی جرمی NEMS معمولاً با استفاده از دستگاه های سیلیکونی انجام می شود که به عنوان تیرک های کوچکی تصور می شوند که در دو انتها به یک پایه متصل هستند. هنگامی که این تیرک ها به حرکت در می آیند مانند سیم گیتار ارتعاش کرده و فرکانس های خاصی از خود تولید می کنند. با قرار دادن یک نمونه بر روی این تیرک ها فرکانس های ارتعاشی تغییر می کند و این تغییرات می تواند به محققان کمک کند تا جرم نمونه را استنباط کنند.

با این حال در جدیدترین دستگاه های NEMS همیشه نمی توان شکل دقیق هر حالت ارتعاشی را تعیین کرد. این به دلیل وجود تفاوت های جزئی در دستگاه ها و همچنین پیچیدگی های فیزیکی آنها در مقیاس نانو است. مکان قرارگیری نمونه نیز بر اندازه گیری های فرکانسی تاثیر می گذارد و این امر می تواند منجر به دشواری هایی در اندازه گیری دقیق شود.

اثر انگشت زنی جرم مولکولی

برای حل این مشکلات سادر روکوس و همکارانشان تکنیک جدیدی به نام “طیف سنجی جرمی نانو الکترومکانیکی اثر انگشتی” توسعه داده اند. در این روش پژوهشگران به طور تصادفی یک ذره را در دستگاه NEMS تحت خلا فوق العاده بالا و دمای فوق العاده پایین قرار می دهند و در زمان واقعی تغییرات فرکانس های چندین حالت دستگاه را اندازه گیری می کنند. این فرآیند به آنها اجازه می دهد تا یک بردار با ابعاد بالا بسازند که تغییرات فرکانسی را نمایان می سازد.

هر یک از این بردار ها به نوعی یک اثر انگشت منحصر به فرد به شمار می رود.

سادر توضیح داد: “اگر من یک ذره با جرم ناشناخته بگیرم و آن را در هر نقطه از دستگاه قرار دهم—من نمی دانم کجا قرار گرفته و واقعاً برای من مهم نیست—و فرکانس های حالت های ارتعاشی را اندازه گیری کنم این به من یک بردار می دهد که به سمت خاصی اشاره می کند. ” سپس با مقایسه این بردار با تمامی بردار های موجود در پایگاه داده محققان می توانند جرم ناشناخته ذره را تعیین کنند.

روکوس و سادر معتقدند که این تکنیک اثر انگشت می تواند با هر دستگاهی کار کند و این روش نوآورانه می تواند افق های جدیدی را در علم زیست شناسی و پزشکی باز کند و به شناسایی دقیق تر پروتئین ها و درمان بیماری ها کمک کند.

انتهای پیام/