За много лет работы биологи разработали огромную библиотеку клеточных структур и соответствующих им данных. Изучение конкретных областей живой клетки включает поэтапный подход, определяющий, как отдельные части работают с другими, и клеточную маркировку. Институт клеточных наук Аллена запустил первую предиктивную 3D-модель живой клетки человека — Allen Integrated Cell — и она может «полностью изменить игру», по мнению ученых.
«Это новый способ заглянуть внутрь человеческих клеток», говори Рик Хорвиц, исполнительный директор Института клеточных наук Аллена. «Это похоже на наблюдение за всей клеткой в первый раз. В будущем это повлияет на открытие лекарств, исследование болезней и то, как мы выстраиваем фундаментальные исследования с участием человеческих клеток».
Чтобы создать прорывную модель, ученые провели редактирование генов огромного собрания живых клеток людей, чтобы включить флуоресцентные белковые метки, которые подсвечивают конкретные структуры внутри клеток. Ученые сделали десятки тысяч снимков светящихся клеток и использовали ИИ для создания вероятностной модели, которая предсказывает наиболее вероятную форму и расположение структур в любой клетке в зависимости от формы плазматической мембраны и ядра.
Затем ученые применили к этим снимкам другой алгоритм машинного обучения, который использовал то, что узнал из клеток с флуоресцентными метками, для поиска клеточных структур в клетках без флуоресцентных меток. Объединив все данные, система смогла произвести изображения, которые выглядят почти идентичными изображениям, полученным с помощью традиционной флуоресцентной микроскопии, которая может быть дорогостоящей и токсичной.
«До сих пор наша способность видеть происходящее внутри человеческих клеток была очень ограниченной», говорит Майкл Эловиц, профессор биологии, биоинженерии и прикладной физики в Калифорнийском технологическом институте. «Раньше мы могли видеть только те белки, которые выборочно отмечали. Но Allen Integrated Cell — это идеальный бесплатный обед. Мы имеем «шведский стол» из различных белков и органелл, ничего конкретно не подсвечивая. Это открывает совершенно новый и мощный способ изучения клеточной биологии».
Напомним, ранее ученые также научились исследовать работу CRISPR за пределами человеческих клеток — в пробирке.