• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Oprogramowanie uwalnia naukowców od mikroskopu

    26.01.2011. 17:26
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Finansowani ze środków unijnych naukowcy opracowali system, który uwalnia badaczy od mozolnego, wielogodzinnego przesiadywania przy mikroskopie w poszukiwaniu interesujących ich komórek w dużych próbkach. Zespół pracujący pod kierunkiem Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) w Niemczech opisał system w czasopiśmie Nature Methods.

    Prace zostały dofinansowane z trzech unijnych projektów: MITOCHECK (Regulacja mitozy przez fosforylację - połączone podejście genomiki funkcjonalnej, proteomiki i biologii chemicznej), MITOSYS (Biologia systemów mitozy) i SYSTEMS MICROSCOPY (Mikroskopia systemów - kluczowa metodologia rozwojowa dla kolejnej generacji biologii systemów).

    Zaawansowane techniki obrazowania umożliwiają naukowcom wizualizację niezwykle złożonych procesów w komórkach. Jednakże duże próbki komórek mogą zawierać jedynie kilka komórek przechodzących badany proces, co stanowi problem zwłaszcza w przypadku stosunkowo rzadkich procesów. Aby odnaleźć komórki, naukowcy muszą spędzać godziny przy mikroskopie, skanując komórki w poszukiwaniu tych, które nadają się do wykorzystania.

    Wyniki ostatnich badań opisują zgrabne rozwiązanie tego problemu w postaci oprogramowania. System zwany Micropilot skutecznie skanuje próbki pod kątem interesujących komórek i przeprowadza na nich odpowiednie doświadczenia.

    Składa się z modułu opartego na maszynowym uczeniu się, a zatem może zostać szybko przeszkolony przez użytkownika do automatycznego rozpoznawania komórek, którymi użytkownik jest zainteresowany. Po przeszkoleniu Micropilot może samodzielnie skanować próbkę w szybkim trybie, w niskiej rozdzielczości.

    W momencie rozpoznania komórki odpowiadającej kryteriom, system przełącza się na złożony tryb obrazowania, który automatycznie przeprowadza bardziej złożone doświadczenia. Mogą one obejmować dosyć proste zadania, od zapisów poklatkowych filmów wideo w wysokiej rozdzielczości po bardziej złożone doświadczenia, które wykorzystują lasery do interferencji z fluorescencyjnie oznakowanymi białkami.

    Wymagania sprzętowe obejmują stolik przedmiotowy mikroskopu z napędem silnikowym oraz możliwość automatycznego przełączania między obiektywami albo skalą powiększenia w laserowym skanerze, a także opcję włączania filtra fluorescencyjnego i/lub linii laserowych.

    Zespół przetestował swoje oprogramowanie na etapach podziału komórki, który przebiega stosunkowo szybko, a zatem trudno go uchwycić "w akcji". Dzięki oprogramowaniu Micropilot zespołowi udało się określić, kiedy powstają struktury zwane miejscem wyjścia z retikulum endoplazmatycznego (ERES) i rzucić nowe światło na rolę dwóch białek, CBX1 oraz CENP-E, w kondensowaniu materiału genetycznego w zwarte chromosomy i tworzeniu wrzeciona, które ułatwia wyrównanie chromosomów w czasie podziału komórki.

    To co najbardziej ekscytuje w przypadku systemu Micropilot to szybkość jego działania. W ciągu zaledwie 4 nocy pracy (bez nadzoru) wykrył 232 komórki na 2 określonych etapach podziału komórki i przeprowadził na nich złożone doświadczenia obrazowania. Dla porównania doświadczony naukowiec pracujący z mikroskopem potrzebowałby co najmniej jednego miesiąca pracy na pełny etat, aby je wykryć w próbce liczącej tysiące komórek.

    "Micropilot [...] uwalnia biologów komórki od nużącej pracy powtarzalnego, ręcznego generowania danych" - wskazuje zespół. "Oprogramowanie można dostosować do praktycznie każdego systemu obrazowania, który umożliwia automatyzację i kontrolę online opartą na wynikach klasyfikacji zdjęć na podstawie ich postrzegania przez maszynę."

    W podsumowaniu czytamy: "W trzech niezależnych zaplanowanych doświadczeniach, [Micropilot] umożliwił nam szczegółową analizę statystyczną procesów biologicznych, co sprawia, że jest potężnym narzędziem dla biologów systemów."

    Oprogramowanie ma się stać ważnym narzędziem wykorzystywanym w finansowanych ze środków unijnych projektach MITOSYS i SYSTEMS MICROSCOPY, które otrzymały odpowiednio 10,2 mln EUR i 12 mln EUR z budżetu Siódmego Programu Ramowego (7PR).

    Trzeci projekt finansowany ze środków unijnych, który wniósł wkład w badania - MITOCHECK - został dofinansowany kwotą 8,6 mln EUR z budżetu Szóstego Programu Ramowego (6PR).

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Komórki satelitarne – komórki macierzyste mięśni szkieletowych. Powstają z mioblastów, które nie zlały się do roboczych komórek mięśniowych, lecz ściśle do nich przylegają. U dorosłego człowieka ich jądra stanowią ok. 5% jąder komórek mięśniowych. Uaktywniają się przy uszkodzeniu lub trenowaniu mięśnia, prowadząc do regeneracji lub przerostu komórek mięśniowych. W warunkach doświadczalnych udaje się je różnicować do innych komórek niż mięśniowe.

    Komórki iPS (ang. iPSC – induced pluripotent stem cells) – rodzaj pluripotencjalnych komórek macierzystych, które zostały sztucznie otrzymane z nie-pluripotentnych komórek (przeważnie komórek somatycznych dorosłego człowieka) przez wymuszenie ekspresji odpowiednich genów w tych komórkach.

    Komórki iPS (ang. iPSC – induced pluripotent stem cells) – rodzaj pluripotencjalnych komórek macierzystych, które zostały sztucznie otrzymane z nie-pluripotentnych komórek (przeważnie komórek somatycznych dorosłego człowieka) przez wymuszenie ekspresji odpowiednich genów w tych komórkach.

    Komórki iPS (ang. iPSC – induced pluripotent stem cells) – rodzaj pluripotencjalnych komórek macierzystych, które zostały sztucznie otrzymane z nie-pluripotentnych komórek (przeważnie komórek somatycznych dorosłego człowieka) przez wymuszenie ekspresji odpowiednich genów w tych komórkach.

    Definicja intuicyjna:
    Automat komórkowy to system składający się z pojedynczych komórek, znajdujących się obok siebie. Ich układ przypomina szachownicę lub planszę do gry. Każda z komórek może przyjąć jeden ze stanów, przy czym liczba stanów jest skończona, ale dowolnie duża. Stan komórki zmieniany jest synchronicznie zgodnie z regułami mówiącymi, w jaki sposób nowy stan komórki zależy od jej obecnego stanu i stanu jej sąsiadów.

    Definicja intuicyjna:
    Automat komórkowy to system składający się z pojedynczych komórek, znajdujących się obok siebie. Ich układ przypomina szachownicę lub planszę do gry. Każda z komórek może przyjąć jeden ze stanów, przy czym liczba stanów jest skończona, ale dowolnie duża. Stan komórki zmieniany jest synchronicznie zgodnie z regułami mówiącymi, w jaki sposób nowy stan komórki zależy od jej obecnego stanu i stanu jej sąsiadów.

    Pluripotencja (pluripotencjalność) jest zdolnością pojedynczej komórki do zróżnicowania się w dowolny typ komórek somatycznych poza komórkami trofoblastu, które w późniejszych stadiach rozwoju tworzą łożysko. Z pluripotencjalnych komórek macierzystych pochodzących z najwcześniejszego stadium zarodka – 5-dniowej blastocysty biorą początek komórki wszystkich tkanek i narządów. Zaledwie 30-35 tych komórek, z których składa się węzeł zarodkowy blastocysty "gromadzi" instrukcje dla 100 bilionów (10) komórek tworzących ludzki organizm.

    Dodano: 26.01.2011. 17:26  


    Najnowsze