Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК

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.

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.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.