Нейросети научили находить вызванные ультрафиолетом повреждения ДНК

Учёные 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, посвящённая 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.

Мой район