Forskere får neurale netværk til at opdage DNA-skader forårsaget af UV-stråling

Forskere ved Tomsk Polytekniske Universitet udførte sammen med Universitetet for Kemi og Teknologi (Prag) en række eksperimenter, som beviste, at kunstige neurale netværk nøjagtigt kan identificere DNA-skader forårsaget af UV-stråling. I fremtiden, denne tilgang kan bruges i moderne medicinsk diagnostik. En artikel, dedikeret til disse undersøgelser, blev offentliggjort i Biosensorer og bioelektronik tidsskrift.

Ifølge forfatterne, hvordan UV kan påvirke DNA-strukturen, især ved kortvarig bestråling, forbliver praktisk talt ustuderet. UV-stråling er også kendt for at forårsage kræft. Imidlertid, det er næsten umuligt at opdage mindre ændringer i DNA-strukturen.

"I artiklen 'Mærkefri overfladeforstærket Raman-spektroskopi med kunstig neuralt netværksteknik til genkendelse af fotoinduceret DNA-skade, ' vi tilbyder et alternativ til velkendte teknikker. Vi brugte modelprøver såsom oligonukleotider af forskellige sekvenser. Nogle af dem blev bestrålet med UV i forskellige tidsperioder. Derefter, vi brugte meget følsomme sensorsystemer udviklet af forskerholdet baseret på plasmon-polariton guldgitter. Oligonukleotiderne blev immobiliseret på sensoroverfladen. De blev efterfølgende hybridiseret med de bestrålede oligonukleotider. Derefter, ændringerne i DNA-strukturen blev analyseret ved hjælp af et Raman-spektrometer, " Pavel Postnikov, Associate Prof. fra TPU Research School of Chemistry &Applied Biomedical Sciences, sagde.

Han bemærkede også, at de opnåede spektre blev brugt til at træne kunstige neurale netværk. Analysen og fortolkningen af ​​oligonukleotidsekvensspektrene er en ret kompleks opgave, især hvis den er storstilet og udføres med en høj grad af statistikbehandling.

"Ved at bruge neurale netværk kunne vi undgå den numeriske behandling af et stort antal spektre, og det frigjorde os fra optimering af måleprocedurer. Udover, de neurale netværk både afslører skaden og forudsiger effektivt ændringer i DNA-strukturen forårsaget af UV-stråling. I øvrigt, det neurale netværk i kombination med overfladeforstærket Raman-spektroskopi kan detektere ændringer med høj nøjagtighed, hvor traditionelle metoder fejler." forklarer Pavel Postnikov.

Forskerne mener, at de neurale netværk og Raman-spektroskopi med succes kan bruges til medicinsk diagnostik i fremtiden. I øvrigt, denne teknik kan forbedres yderligere.

"Analyse af biologiske objekter ved Raman-spektroskopimetoder er stadig en ekstremt vanskelig, men interessant og lovende, problem. I denne forbindelse DNA-skader forårsaget af UV-stråling var en yderst interessant model for os. Dette koncept giver detektering af mindre ændringer i DNA-strukturen. Det kan udvides og forbedres, " understreger Postnikov.

Han specificerer også, at undersøgelserne er støttet af et tilskud under TPU Competitiveness Improvement Program og udført under videnskabeligt tilsyn af prof. Marina Trusova, forskerskolen for kemi og anvendt biomedicin.

Forskerskolen for Kemi &Anvendt Biomedicinsk Videnskab gennemfører mere end ti forskellige projekter om udvikling af hybridmaterialer, kombinere forskellige egenskaber. Et af disse områder er udviklingen af ​​meget følsomme sensorsystemer. Sensorer er en flerlagskonstruktion:de er baseret på en tynd, bølget guldfilm 1x0,5 cm i størrelsen, som er modificeret med diazoniumsalte, særlige organiske forbindelser.

På grund af udviklingen af ​​TPU-forskerholdet, sensoren kan detektere giftige stoffer, tungmetaller, og nogle sygdomme og defekter i DNA-strukturen. Fordelene ved hybridsensorer er overfølsomhed, analysehastigheden og evnen til at analysere på prøveudtagningsstedet.