Ny mpahay siansa dia mamoaka ny rafitra miafina amin'ny fitaovana sy ny biomolekulia amin'ny fampiasana kristalyografia sy cryo-electron microscopy (cryo-EM). Na izany aza, satria miatrika fahasarotana tsy mitsaha-mitombo ireo taranja ireo, lasa mpiara-miasa sarobidy ny fianarana milina.
Ato amin'ity lahatsoratra ity, hojerentsika ny fihaonan'ny "Fomba fianarana milina ho an'ny kristaly sy Cryo-EM." Miaraha amiko rehefa manadihady ny fiantraikan'ny revolisionera amin'ny faharanitan-tsaina artifisialy amin'ny famoahana ny tsiambaratelon'ny universe atomika sy molekiola.
Voalohany indrindra, te hanamaivana ny lohahevitra aho ary hilaza hoe inona marina ny fepetran'ny crystallography sy Cryo-Em, dia hanadihady bebe kokoa isika hoe aiza. fianarana milina tonga amin'ny lalao.
Crystallography
Ny crystallography dia ny fandalinana ny firafitry ny atôma amin'ny fitaovana kristaly. Ny kristaly dia solida vita amin'ny atôma izay mirindra miverimberina mba hamoronana rafitra mirindra tsara.
Noho io fandaharana tsy tapaka io, ny fitaovana dia manana toetra sy fitondran-tena miavaka, ka mahatonga ny crystallography ho zava-dehibe amin'ny fahatakarana ny toetran'ny akora maro.
Ny mpahay siansa dia afaka mandinika ny mason-tsivana kristaly amin'ny fampiasana teknika toy ny diffraction X-ray, manome fampahalalana manan-danja momba ny toerana misy atoma sy ny fifandraisana mifamatotra. Zava-dehibe amin'ny sehatra maro ny crystallography, manomboka amin'ny siansa momba ny fitaovana sy ny simia ka hatramin'ny jeolojia sy ny biolojia. Manampy amin'ny fampivoarana fitaovana vaovao sy ny fahatakarana ny fananana mineraly izany.
Afaka manampy antsika amin'ny famaritana ny firafitry ny molekiola biolojika toy ny proteinina aza izy io.
Cryo-EM (Cryo-Electron Microscopy)
Cryo-electron microscopy (Cryo-EM) dia teknôlôjia fakana sary saro-takarina izay ahafahan'ny mpikaroka mahita ny firafitry ny biôlôlôla amin'ny lafiny telo amin'ny fanapahan-kevitra atomika na akaiky atomika.
Ny Cryo-EM dia mitahiry biomolekulina amin'ny toe-javatra voajanahary akaiky azy amin'ny alàlan'ny fampangatsiahana haingana azy ireo amin'ny azota ranon-javatra, mifanohitra amin'ny mikroskopika elektronika mahazatra, izay mila santionany ho raikitra, voaloto ary tsy misy rano.
Izany dia manakana ny fiforonan'ny kristaly gilasy, mitahiry ny rafitra biolojika. Ny mpahay siansa izao dia afaka mahita antsipirihan'ny proteinina goavam-be, viriosy ary organelles sela, izay manome fanazavana manan-danja momba ny asany sy ny fifandraisany.
Ny Cryo-EM dia nanova ny biôlôjia ara-drafitra tamin'ny alàlan'ny famelana ireo mpikaroka hijery ny fizotran'ny biolojika amin'ny ambaratonga tsy azo noeritreretina teo aloha. Ny fampiharana azy dia manomboka amin'ny fikarohana zava-mahadomelina sy ny fivoaran'ny vaksiny ka hatramin'ny fahatakarana ny fototry ny molekiolan'ny aretina.
Nahoana Izy Ireo no Zava-dehibe?
Cryo-EM sy crystallography dia tena ilaina amin'ny fampandrosoana ny fahatakarantsika ny tontolo voajanahary.
Ny crystallography dia ahafahantsika mahita sy mahatakatra ny firafitry ny atomika amin'ny fitaovana, ahafahantsika manangana fitambarana vaovao manana toetra manokana ho an'ny fampiasana isan-karazany. Tena ilaina amin'ny famolavolana ny kolontsaintsika maoderina ny kristaly, manomboka amin'ny semiconductor ampiasaina amin'ny elektronika ka hatramin'ny fanafody ampiasaina amin'ny fitsaboana aretina.
Ny Cryo-EM kosa dia manome fomba fijery mahavariana momba ny rafitra sarotra eo amin'ny fiainana. Ny mpahay siansa dia mahazo fahalalana momba ny fizotry ny biolojika fototra amin'ny fijerena ny rafitry ny biomolekulia, ahafahan'izy ireo mamokatra fanafody tsara kokoa, mamolavola fitsaboana kendrena ary miady amin'ny areti-mifindra amin'ny fomba mahomby.
Ny fandrosoan'ny Cryo-EM dia manokatra fomba fijery vaovao amin'ny fitsaboana, ny bioteknolojia ary ny fahatakarantsika amin'ny ankapobeny ny fototry ny fiainana.
Fanatsarana ny faminaniana sy ny famakafakana ny rafitra miaraka amin'ny fianarana milina amin'ny kristaly
Ny fianarana milina dia tena nanampy tamin'ny crystallography, nanova ny fomba vinavinan'ny mpahay siansa sy ny fandikana ny rafitra kristaly.
Ny algorithm dia afaka maka lamina sy fifandraisana avy amin'ny angona goavam-be amin'ny rafitra kristaly fantatra, mamela ny faminaniany haingana ny rafitra kristaly vaovao miaraka amin'ny fahamendrehana tsy manam-paharoa.
Ohatra, ny mpikaroka Thorn Lab dia nanaporofo ny fahombiazan'ny fianarana milina amin'ny faminaniany ny fahamarinan'ny kristaly sy ny angovo fananganana, izay manome fomba fijery manan-danja amin'ny fananana thermodynamika amin'ny fitaovana.
Ity fivoarana ity dia tsy vitan'ny hoe manafaingana ny fitadiavana fitaovana vaovao fa ny fanatsarana ny fitaovana amin'izao fotoana izao ihany koa, mitondra vanim-potoana vaovao amin'ny fikarohana fitaovana miaraka amin'ny toetra sy fiasa tsara kokoa.
Sary: Ohatra iray amin'ny rafitra kristaly aseho amin'ny rindrambaiko Mercury.
Ahoana no ahafantaran'ny Machine Learning ny Cryo-EM?
Ny fianarana milina dia nanokatra tontolo vaovao azo atao amin'ny microscopy cryo-electron (Cryo-EM), ahafahan'ny mpahay siansa manadihady lalindalina kokoa amin'ny fahasarotan'ny rafitry ny biomolekul.
Ny mpikaroka dia afaka mamakafaka ny angon-drakitra cryo-EM be dia be amin'ny fampiasana teknolojia vaovao toy ny fianarana lalina, manangana modely amin'ny lafiny telo amin'ny molekiola biolojika miaraka amin'ny mazava sy marina tsy manam-paharoa.
Ity fitambaran'ny fianarana milina miaraka amin'ny cryo-EM ity dia nahafahan'ny fakana sary ireo firafitry ny proteinina tsy azo tsapain-tanana teo aloha, nanome fomba fijery vaovao momba ny hetsika sy ny fifandraisan'izy ireo.
Ny fampifangaroana ireo teknolojia ireo dia manana fampanantenana lehibe ho an'ny fikarohana zava-mahadomelina satria ahafahan'ny mpikaroka mikaroka toerana mamatotra manokana, mitarika amin'ny famoronana fanafody mahomby kokoa amin'ny aretina isan-karazany.
Algorithm fianarana milina ho an'ny fanafainganana ny fanadihadiana data Cryo-EM
Ny fanadihadiana Cryo-EM dia miteraka angona amin'ny antsipiriany sy goavana, izay mety ho fanomezana sy ozona ho an'ny mpikaroka. Na izany aza, ny fomba fianarana milina dia voaporofo fa tena ilaina amin'ny famakafakana mahomby sy ny fandikana ny angona cryo-EM.
Ny mpahay siansa dia afaka mampiasa fomba fianarana tsy misy fanaraha-maso mba hamantarana sy hanasokajiana ho azy ireo firafitry ny proteinina isan-karazany, hampihenana ny fiasan'ny tanana mandany fotoana.
Ity fomba ity dia tsy vitan'ny hoe manafaingana ny famakafakana angon-drakitra fa manatsara ihany koa ny fiankinan'ny fikarohana amin'ny alàlan'ny fanesorana ny fitongilanan'ny olombelona amin'ny fandikana ny angona ara-drafitra sarotra.
Ny fampidirana ny fianarana milina amin'ny famakafakana angon-drakitra Cryo-EM, araka ny hita tamin'ny asa vao haingana, dia manome fomba iray hahazoana fahalalana lalindalina kokoa momba ny fizotran'ny biolojika sarotra sy ny fandinihana lalina kokoa ny milina molekiola eo amin'ny fiainana.
Mankany amin'ny fomba fiasa hybrid: mamehy ny elanelana amin'ny fanandramana-kajy
Ny fianarana milina dia afaka mametaka ny elanelana misy eo amin'ny angona andrana sy ny maodely kajy amin'ny crystallography sy cryo-EM.
Ny fitambaran'ny angona andrana sy ny teknikan'ny fianarana milina dia ahafahan'ny famolavolana modely maminavina mazava tsara, manatsara ny fahatokisana ny famaritana ny rafitra sy ny tombantombana fananana.
Ny fianarana famindrana, teknika iray izay mampihatra ny fahalalana nianarana tany amin'ny faritra iray mankany amin'ny iray hafa, dia miseho ho fitaovana manan-danja amin'ny fampitomboana ny fahombiazan'ny fanadihadiana kristalografika sy Cryo-EM amin'ity toe-javatra ity.
Ny teknika hybrid, izay manambatra ny fomba fijery andrana miaraka amin'ny fahaiza-manao informatika, dia maneho safidy manara-penitra amin'ny famahana ireo fanamby ara-tsiansa sarotra, mampanantena fa hanova ny fomba fijerintsika sy ny fanodikodinana ny tontolo atomika sy molekiola.
Mampiasa Network Neural Convolutional hifidianana singa ao amin'ny Cryo-EM
Amin'ny fanomezana sary avo lenta amin'ny molekiola biolojika, ny mikroskopika cryo-electron (Cryo-EM) dia nanova ny fandalinana ny rafitra macromolecular.
Na izany aza, ny fakana sombintsombiny, izay mitaky ny fanekena sy ny fakana sary tsirairay avy amin'ny micrographs Cryo-EM, dia asa nandany fotoana sy sarotra.
Ny mpikaroka dia nanao fandrosoana goavana tamin'ny fanaovana automatique ity fomba ity tamin'ny fampiasana fianarana milina, indrindra tambajotra neural convolutional (CNNs).
DeepPicker sy Topaz-Denoise dia roa algorithma fianarana lalina izay ahafahan'ny fifantenana singa mandeha ho azy tanteraka amin'ny cryo-EM, manafaingana ny fanodinana sy famakafakana data.
Ny fomba fiasa mifototra amin'ny CNN dia lasa manakiana amin'ny fanafainganana ny fomba fiasa Cryo-EM ary mamela ny mpikaroka hifantoka amin'ny fanadihadiana avo lenta amin'ny alàlan'ny fahitana ireo poti-javatra misy fepetra avo lenta.
Fanamafisana ny Crystallography amin'ny fampiasana modely vinavina
Ny kalitaon'ny angon-drakitra diffraction sy ny vokatry ny kristaly dia mety hisy fiantraikany lehibe amin'ny famaritana ny rafitra amin'ny kristaly macromolecular.
Ny tambajotra neural artifisialy (ANNs) sy ny milina fanohanana vector (SVMs) dia nampiasaina tamim-pahombiazana mba hanamafisana ny firafitry ny kristaly sy ny vinavina ny kalitaon'ny diffraction kristaly. Ny modely vinavina novokarin'ny mpikaroka dia manampy amin'ny famolavolana andrana ary manatsara ny taham-pahombiazan'ny fitsapana kristaly.
Ireo modely ireo dia afaka mamoaka lamina mitondra vokatra tsara amin'ny fanombanana ny angon-drakitra kristaly be dia be, manampy ny mpikaroka amin'ny famokarana kristaly avo lenta ho an'ny fitsapana X-ray diffraction manaraka. Vokatr'izany, ny fianarana milina dia lasa fitaovana ilaina amin'ny fitsapana kristaly haingana sy kendrena.
Fanatsarana ny fankatoavana ara-drafitra Cryo-EM
Ny fahatakarana ny firafitry ny molekiola biolojika amin'ny fampiasana sarintany hakitroky Cryo-EM dia tena ilaina amin'ny famaritana ny asany sy ny fifandraisany.
Ny fomba fianarana milina, izany hoe ny maritrano fianarana lalina toy ny graph convolutional sy ny tamba-jotra miverimberina, dia nampiasaina mba hitadiavana ireo endri-drafitra faharoa amin'ny sari-tany cryo-EM.
Ireo fomba ireo dia manadihady ireo endri-javatra eo an-toerana amin'ny sari-tany hakitroky, ahafahana manasokajy mazava tsara ireo singa ara-drafitra faharoa. Ny fianarana milina dia ahafahan'ny mpikaroka manadihady ireo rafitra simika sarotra ary mahazo fahalalana momba ny hetsika biolojika ataon'izy ireo amin'ny alàlan'ny fanaovana automatique an'io dingana mitaky asa io.
Sary: Cryo-EM fanamboarana rafitra iray
Fanorenana Modely Crystallography sy Fanafainganana Fanamarinana
Ny fananganana modely sy ny fanamarinana dia dingana lehibe amin'ny kristaly macromolecular mba hiantohana ny fahamarinan'ny modely sy ny fahamendrehana.
Ny teknolojia fianarana milina toy ny convolutional autoencoders sy ny modely Bayesian dia nampiasaina hanampiana sy hanatsara ireo dingana ireo. AAnchor, ohatra, dia mampiasa CNNs hamantatra ny asidra amino vatofantsika ao amin'ny sari-tany hakitroky Cryo-EM, izay manampy amin'ny famolavolana modely mandeha ho azy.
Ny maodely fianarana milina Bayesian dia nampiasaina ihany koa mba hampidirana ny angon-drakitra diffraction X-ray ary hanendry vondrona habakabaka amin'ny sarintany kely momba ny molekiola elektronika.
Ireo fandrosoana ireo dia tsy vitan'ny hoe manafaingana ny fanapahan-kevitra momba ny rafitra fa manome fanombanana mivelatra kokoa momba ny kalitao modely, ka miteraka vokatra fikarohana matanjaka kokoa sy azo averina.
Ny hoavin'ny Machine Learning amin'ny Biolojia Structural
Araka ny hita amin'ny fitomboan'ny famoahana siantifika, ny fampidirana ny fianarana milina amin'ny cryo-EM sy ny kristaly dia mihatsara hatrany, manome vahaolana sy fampiharana vaovao marobe.
Ny fianarana milina dia mampanantena fa hanova bebe kokoa ny tontolo biôlôjia ara-drafitra miaraka amin'ny fivoaran'ny algorithm mahery vaika sy ny fanitarana ireo loharano voatahiry.
Ny fiaraha-miasa eo amin'ny fianarana milina sy ny biôlôjia ara-drafitra dia manokatra ny lalana ho an'ny fikarohana sy fahitana momba ny tontolo atomika sy molekiola, manomboka amin'ny fanapahan-kevitra haingana momba ny rafitra mankany amin'ny fikarohana zava-mahadomelina sy ny injeniera proteinina.
Ny fikarohana mitohy momba ity lohahevitra mahaliana ity dia manentana ny mpahay siansa hampiasa ny herin'ny AI sy hamaha ny misterin'ny trano fanorenana ny fiainana.
Famaranana
Nanokatra vanim-potoana vaovao amin'ny biôlôjia ara-drafitra ny fampidirana ny teknolojia fianarana milina ao amin'ny crystallography sy cryo-electron microscopy.
Ny fianarana milina dia nanafaingana be ny fikarohana ary nitondra fomba fijery tsy manam-paharoa momba ny tontolon'ny atomika sy molekiola, manomboka amin'ny fampandehanana ny asa sarotra toy ny fifantenana ny singa ka hatramin'ny fanatsarana ny maodely vinavina ho an'ny kristaly sy ny kalitaon'ny diffraction.
Ny mpikaroka izao dia afaka manombana amin'ny fomba mahomby ny angon-drakitra marobe amin'ny fampiasana convolutional ny tambajotra vaovao sy algorithm hafa mandroso, miandrandra avy hatrany ireo rafitra kristaly ary maka vaovao sarobidy avy amin'ny sari-tany hakitroky ny mikroskopika cryo-electron.
Ireo fivoarana ireo dia tsy vitan'ny hoe manafaingana ny asa andrana ihany fa mamela ny fandalinana lalindalina kokoa ny rafitra sy ny asany biolojika.
Farany, ny fifandonan'ny fianarana milina sy ny biolojia ara-drafitra dia manova ny tontolon'ny crystallography sy cryo-electron microscopy.
Miaraka, ireo teknolojia manara-penitra ireo dia mampanakaiky antsika amin'ny fahatakarana tsara kokoa ny tontolo atomika sy molekiola, mampanantena fandrosoan'ny fanovana lalao eo amin'ny fikarohana ara-pitaovana, ny fampivoarana ny fanafody, ary ny milina be pitsiny eo amin'ny fiainana mihitsy.
Rehefa manaiky an'io sisin-tany vaovao mahavariana io isika, dia mamirapiratra ny hoavin'ny biôlôjia ara-drafitra miaraka amin'ny fahafaha-manao tsy misy fetra ary ny fahafahana mamaha ireo piozila sarotra indrindra amin'ny natiora.
Leave a Reply