Rakovina nevznikne náhle. Väčšina nádorov sa začne malými chybami v genetickej informácii buniek. Keď sa tieto chyby nahromadia, bunka stratí kontrolu nad delením a začne rásť nekontrolovane.
Vedci sa tento proces snažia pochopiť už viac než sto rokov. Teraz do výskumu vstúpil nový nástroj, umelá inteligencia, ktorá dokáže medzi tisíckami buniek nájsť tie, v ktorých sa objavili prvé varovné signály.
Odoberaj Vosveteit.sk cez Telegram a prihlás sa k odberu správ
Výskumníci z European Molecular Biology Laboratory (EMBL) vytvorili systém s názvom MAGIC, ktorý automaticky vyhľadá bunky s genetickými problémami spojenými so vznikom rakoviny, informuje Science Daily.
Vedci majú podozrenie už sto rokov, no chýbali dôkazy
Myšlienka, že rakovina súvisí s poškodenými chromozómami, nie je nová. Už na začiatku 20. storočia ju navrhol nemecký biológ Theodor Boveri. Po pozorovaní buniek pod mikroskopom dospel k záveru, že nesprávny počet alebo poškodenie chromozómov môže spustiť proces, ktorý vedie k vzniku nádoru.
Dnes vedci vedia, že mnohé agresívne typy rakoviny skutočne súvisia s takýmito genetickými poruchami.
Populárna spravodajská aplikácia pre iOS a Android dostala veľkú aktualizáciu. Pribudlo množstvo nových funkcií, ktoré musíš vyskúšať
„Chromozómové abnormality patria medzi hlavné faktory pri obzvlášť agresívnych nádoroch,“ vysvetlil vedúci výskumu Jan Korbel z EMBL: „Sú úzko spojené s metastázami, návratom ochorenia aj odolnosťou voči chemoterapii.“
Problém však spočíval v tom, že takéto bunky sa v populácii objavujú len zriedka. Vedci ich preto museli vyhľadávať manuálne pod mikroskopom. Tento proces umožnil preskúmať len malé množstvo buniek.
Zmena v drobnom komponente bunky môže predstavovať varovný signál
Jedným z najdôležitejších varovných signálov je útvar nazývaný mikrojadro. Ide o malý oddelený priestor v bunke, ktorý obsahuje fragment DNA oddelený od hlavného genetického materiálu. Takéto mikrojadrá často vzniknú pri chybách počas delenia buniek.
Práve v nich sa môže odohrať jeden z najdramatickejších genetických procesov spojených s rakovinou, jav nazývaný chromotripsis.
Pri chromotripsii sa chromozóm v mikrojadre doslova roztriešti na stovky fragmentov. Následne sa kúsky DNA poskladajú späť, ale v chaotickom poradí. Výsledok pripomína genetický výbuch.
Takýto proces môže dramaticky urýchliť vznik rakoviny. Kým niektoré nádory vznikajú postupným hromadením mutácií počas rokov, chromotripsis dokáže vytvoriť agresívnu rakovinovú bunku v extrémne krátkom čase.
flickr.com (ZEISS Microscopy) CC BY-NC 2.0
Práve tieto bunky sa vedci rozhodli zachytiť pomocou umelej inteligencie.
Objavovanie rizikových buniek funguje podobne ako „laser tag“, hovoria vedci
Nový systém dostal názov MAGIC, čo je skratka pre platformu spájajúcu mikroskopiu, genomiku a strojové učenie.
Technológia funguje v niekoľkých krokoch, najprv automatický mikroskop vytvorí veľké množstvo snímok buniek. Algoritmus umelej inteligencie potom analyzuje obrazy a vyhľadá bunky obsahujúce mikrojadrá.
Keď systém takúto bunku nájde, mikroskop na ňu nasmeruje laser a označí ju špeciálnym fluorescenčným farbivom. Farbivo po zásahu svetlom zmení farbu a bunku natrvalo označí.
Vedci potom dokážu tieto bunky izolovať a preskúmať ich genetickú informáciu.
Výskumník Marco Cosenza, ktorý na projekte pracoval, prirovnal systém k technickej hre.
„Celý systém funguje trochu ako automatická verzia laser tagu,“ povedal Cosenza: „AI nájde bunku s mikrojadrom a laser ju označí, aby sme ju neskôr mohli presne analyzovať.“
Najväčšia výhoda novej technológie spočíva v rýchlosti. Kým klasický manuálny výskum umožnil analyzovať len malé množstvo buniek, systém MAGIC dokáže preskúmať približne 100 000 buniek za jeden deň.
Vedci pomocou tejto metódy analyzovali bunky, ktoré pôvodne pochádzali zo zdravých ľudských tkanív.
Výsledok výskumu ukázal, že približne viac než desať percent bunkových delení viedlo k spontánnym chromozómovým chybám.
Keď vedci skúmali bunky s mutáciou v známom géne p53, ktorý normálne potláča vznik nádorov, frekvencia týchto chýb sa takmer zdvojnásobila.
Ak chcú vedci nájsť spúšťač rakoviny, musia hľadať chybné bunky
Výskum rakoviny sa dlhé roky opieral o analýzu celých kusov tkaniva. Vedci zmerali priemerný stav buniek a snažili sa z neho vyvodiť závery.
Tento prístup však skrýva zásadný problém. Rakovinu nespúšťa priemerná bunka, ale jediná chybná bunka. Technológia MAGIC mení spôsob, akým vedci tento proces skúmajú.
Zdroj: and machines z Unsplash
Namiesto analýzy veľkej bunkovej populácie sa sústredí na konkrétnu bunku, ktorá nesie kritickú genetickú chybu.
Takýto prístup môže pomôcť vysvetliť, prečo niektoré bunky s rovnakou mutáciou zostanú relatívne stabilné, zatiaľ čo iné sa rýchlo premenia na nádor.
Vývoj systému MAGIC spojil mikroskopiu, genetiku, robotiku aj strojové učenie. Vedci však navrhli technológiu tak, aby ju mohli používať aj ďalšie laboratóriá. Softvér a algoritmy sa dajú prispôsobiť rôznym experimentom a výskumné tímy ich môžu zdieľať.
„Ak má bunka nejaký vizuálny znak, ktorý ju odlišuje od normálnej bunky, vieme systém natrénovať, aby ho rozpoznal,“ vysvetlil Korbel.
Takýto prístup môže urýchliť výskum nielen v oblasti rakoviny, ale aj v mnohých ďalších oblastiach biológie.
Nový nástroj tak vedcom poskytol spôsob, ako sledovať genetické chyby v jednotlivých bunkách vo veľkom meradle. Výskumníci teraz môžu podrobnejšie skúmať momenty, keď sa zdravá bunka začne meniť na rakovinovú.
Páčil sa vám článok? Sledujte nás na Facebooku