Umělá inteligence objevila neznámé proteinové komplexy v našich buňkách

TLDR: Biochemie našich buněk bude zřejmě ještě složitější, než jsme se domnívali. Naznačují to nové odhady strojového učení MuSIC. To však může vést k novým formám léčby i znalostem o našem fungování. Studie tu.

Uvnitř buňky

Zdálo by se, že něco tak mnohokrát prozkoumané jako lidské buňky, bude té velmi dobře pochopeno! Takže skutečnost, že nám možná polovina zdejších proteinových nuancí dosud unikala, zní jako něco šokantního! Ale ono to není tak šokantní, když si uvědomíme, jak studium buněk probíhá – a že víc očí víc vidí…

Většina z nás si zřejmě ze školy pamatuje hezká malovaná schémata ukazující průřez lidskou buňkou. Na schématu je zpravidla kulaté jádro přesně uprostřed buňky, obklopené endoplasmatickým retikulem a Golgiho aparátem a v cytoplasmě volně plavou fazolovité mitochondrie. A všechno hezky barevně odlišené.

Jenže, skutečné buňky jsou mnohem, mnohem složitější. Uvnitř každé buňky je celý mikrokosmos proteinů, které se skládají, přesouvají a recyklují s jediným cílem – udržet buňku (a nás) naživu. Soubor všech proteinů v buňce se nazývá proteom, a jeho výzkumem se zabývají vědci již celá desetiletí. A zdaleka nemají hotovo.

Podle nového výzkumu vědců z Kalifornské University v San Diegu jsme totiž dosud objevili sotva polovinu komplexního světa proteinů v našich buňkách. Alespoň podle strojového učení…

Colourful diagram showing cross section of cell organelles
Klasické schéma průřezu eukaryotickou buňkou.
zdroj: Mariana Ruiz/LadyofHats/Wikimedia

Proteinový mikrokosmos

Proteiny v našich buňkách si jenom tak volně neplavou. Tvoří složité komplexy mezi sebou nebo s buněčnými organelami. Tyto interakce lze zkoumat několika způsoby. Jedním z nich je tzv. fluorescenční mikroskopie, která využívá fluorescenční značky ke studiu pozice proteinů v buňkách. Mikroskopy mají ale své limity, dovedou rozlišit jen velké proteinové komplexy o velikosti mikrometrů.

Další způsob, kterým lze studovat proteinové komplexy je pomocí biochemických technik. Tyto techniky využívají například cílených protilátek pro analýzu konkrétních proteinů a jejich interakcí. Protilátky jsou schopné navázat se na určitý protein, a vědci tak mohou z komplexní směsi molekul v buňce „vytáhnout“ jen cílový protein a zjistit, se kterými dalšími proteiny je propojený. Tato technika ale pro změnu nedovede určit pozici těchto proteinů a jejich komplexů v buňce.

Jak ale propojit tyto dvě techniky? Pomocí umělé inteligence samozřejmě!

Je to samože malinko přehnané, ale počkejte si ještě na předposlední odstavec o odhalování světa buňky... Zdroj: Public Domain
Je to samože malinko přehnané, ale počkejte si ještě na předposlední odstavec o odhalování světa buňky… Zdroj: Public Domain

Pusťte na to AI!

Američtí vědátoři nechali umělou inteligenci analyzovat data v databázi Human Protein Atlas (Atlas lidských proteinů). Strojové učení mělo za úkol identifikovat skupiny proteinů a jejich pozici v buňce na základě dat z mikroskopů a porovnat je s databází známých lidských proteinů a jejich interakcí.

Umělá inteligence identifikovala více než 70 proteinových skupin, z nichž více než polovina byla dosud pro vědu zcela neznámá! Jednou z těchto skupin byl například komplex cytoplasmatických proteinů, který se pravděpodobně podílí na sestřihu transkriptů genetického kódu. Další nově objevené proteinové komplexy se podílí například na transportu molekul přes cytoplasmatickou membránu nebo na struktuře chromosomů.

Mapa proteinových komplexů získaná metodou MuSIC
Zdroj: Qin et al. 2021

To bude MuSIca

Autoři studie pojmenovali tuto techniku chytlavým názvem Multi-scale Integrated Cell technique – nebo také mnohem chytlavější zkratkou MuSIC. Technika MuSIC by mohla výrazně přispět k pochopení komplexního světa proteinů v našich buňkách. Mohla by také pomoci při výzkumu nemocí. Při nemoci, jako je například rakovina, dochází také ke změně proteinů a jejich komplexů v buňce. Technika MuSIC by umožnila porovnat strukturu proteinových komplexů ve zdravé a nemocné buňce a přispět tak k pochopení molekulárních příčin nemocí.

Zatím tradičně bude třeba zchladit očekávání. Zatím totiž ještě ani nevíme, kolik toho nevíme. Vědátoři dosud testovali MuSIC pouze na buněčné kultuře buněk ledviny! Plánují ale tuto metodu otestovat i na dalších buněčných kulturách a rakovinných buňkách. A pravděpodobně objeví ještě celou řadu dalších nových proteinových komplexů a dosud neznámých interakcí.

Zkrátka, ukazuje se, že o mikrokosmu uvnitř našich buněk víme mnohem méně, než jsme si doposud mysleli. Pomyslný nový pár očí ve formě strojového učení nám ale snad již brzy řekne víc o tom, jakými nejmenšími procesy se, inu, my sami vlastně řídíme!

[Svatopluk Skoupý]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je vedatororg@seznam.cz

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Reklama