Oprogramowanie uwalnia naukowców od mikroskopu
Finansowani ze środków unijnych naukowcy opracowali system, który uwalnia badaczy od mozolnego, wielogodzinnego przesiadywania przy mikroskopie w poszukiwaniu interesujących ich komórek w dużych próbkach. Zespół pracujący pod kierunkiem Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) w Niemczech opisał system w czasopiśmie Nature Methods. Prace zostały dofinansowane z trzech unijnych projektów: MITOCHECK (Regulacja mitozy przez fosforylację - połączone podejście genomiki funkcjonalnej, proteomiki i biologii chemicznej), MITOSYS (Biologia systemów mitozy) i SYSTEMS MICROSCOPY (Mikroskopia systemów - kluczowa metodologia rozwojowa dla kolejnej generacji biologii systemów). Zaawansowane techniki obrazowania umożliwiają naukowcom wizualizację niezwykle złożonych procesów w komórkach. Jednakże duże próbki komórek mogą zawierać jedynie kilka komórek przechodzących badany proces, co stanowi problem zwłaszcza w przypadku stosunkowo rzadkich procesów. Aby odnaleźć komórki, naukowcy muszą spędzać godziny przy mikroskopie, skanując komórki w poszukiwaniu tych, które nadają się do wykorzystania. Wyniki ostatnich badań opisują zgrabne rozwiązanie tego problemu w postaci oprogramowania. System zwany Micropilot skutecznie skanuje próbki pod kątem interesujących komórek i przeprowadza na nich odpowiednie doświadczenia. Składa się z modułu opartego na maszynowym uczeniu się, a zatem może zostać szybko przeszkolony przez użytkownika do automatycznego rozpoznawania komórek, którymi użytkownik jest zainteresowany. Po przeszkoleniu Micropilot może samodzielnie skanować próbkę w szybkim trybie, w niskiej rozdzielczości. W momencie rozpoznania komórki odpowiadającej kryteriom, system przełącza się na złożony tryb obrazowania, który automatycznie przeprowadza bardziej złożone doświadczenia. Mogą one obejmować dosyć proste zadania, od zapisów poklatkowych filmów wideo w wysokiej rozdzielczości po bardziej złożone doświadczenia, które wykorzystują lasery do interferencji z fluorescencyjnie oznakowanymi białkami. Wymagania sprzętowe obejmują stolik przedmiotowy mikroskopu z napędem silnikowym oraz możliwość automatycznego przełączania między obiektywami albo skalą powiększenia w laserowym skanerze, a także opcję włączania filtra fluorescencyjnego i/lub linii laserowych. Zespół przetestował swoje oprogramowanie na etapach podziału komórki, który przebiega stosunkowo szybko, a zatem trudno go uchwycić "w akcji". Dzięki oprogramowaniu Micropilot zespołowi udało się określić, kiedy powstają struktury zwane miejscem wyjścia z retikulum endoplazmatycznego (ERES) i rzucić nowe światło na rolę dwóch białek, CBX1 oraz CENP-E, w kondensowaniu materiału genetycznego w zwarte chromosomy i tworzeniu wrzeciona, które ułatwia wyrównanie chromosomów w czasie podziału komórki. To co najbardziej ekscytuje w przypadku systemu Micropilot to szybkość jego działania. W ciągu zaledwie 4 nocy pracy (bez nadzoru) wykrył 232 komórki na 2 określonych etapach podziału komórki i przeprowadził na nich złożone doświadczenia obrazowania. Dla porównania doświadczony naukowiec pracujący z mikroskopem potrzebowałby co najmniej jednego miesiąca pracy na pełny etat, aby je wykryć w próbce liczącej tysiące komórek. "Micropilot [...] uwalnia biologów komórki od nużącej pracy powtarzalnego, ręcznego generowania danych" - wskazuje zespół. "Oprogramowanie można dostosować do praktycznie każdego systemu obrazowania, który umożliwia automatyzację i kontrolę online opartą na wynikach klasyfikacji zdjęć na podstawie ich postrzegania przez maszynę." W podsumowaniu czytamy: "W trzech niezależnych zaplanowanych doświadczeniach, [Micropilot] umożliwił nam szczegółową analizę statystyczną procesów biologicznych, co sprawia, że jest potężnym narzędziem dla biologów systemów." Oprogramowanie ma się stać ważnym narzędziem wykorzystywanym w finansowanych ze środków unijnych projektach MITOSYS i SYSTEMS MICROSCOPY, które otrzymały odpowiednio 10,2 mln EUR i 12 mln EUR z budżetu Siódmego Programu Ramowego (7PR). Trzeci projekt finansowany ze środków unijnych, który wniósł wkład w badania - MITOCHECK - został dofinansowany kwotą 8,6 mln EUR z budżetu Szóstego Programu Ramowego (6PR). Więcej informacji: Europejskie Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL): http://www.embl.org Nature Methods: http://www.nature.com/nmeth Oprogramowanie Micropilot jest dostępne pod adresem: http://www.embl.de/almf/almf_services/hc_screeing/micropilot/ MITOCHECK: http://www.mitocheck.org/ MITOSYS: http://www.mitosys.org/ Karta informacji o projekcie SYSTEMS MICROSCOPY w serwisie CORDIS - proszę kliknąć: tutaj
Kraje
Niemcy, Stany Zjednoczone