2020-9-17 13:28 |
Химики МГУ создали универсальную схему анализа метаболитов в человеческом организме
Сотрудники химического факультета МГУ разработали аналитическую схему, позволяющую по химическим «отпечаткам пальцев» делать заключения о процессах, протекающих в организме.Схема пригодится врачам, фармакологам, экологам, а также будет полезна для контроля качества пищевых продуктов.Результаты исследования опубликованы в журнале Analytical Methods и проиллюстрированы на обложке номера.Совокупность низкомолекулярных соединений (углеводы, аминокислоты, органические кислоты, нуклеотиды и другие органические молекулы) в организме называют метаболомом. Определение состава метаболома важно для динамического анализа процессов, происходящих в организме. При нормальных условиях содержание соединений варьируется в некоторых пределах. При развитии заболевания метаболом пораженной ткани может резко измениться, и экстремальные (низкие или высокие) концентрации веществ могут стать биомаркерами процессов.Десятки биомаркеров уже нашли широкое применение в клинической практике: определение уровня креатинина в крови и моче используют для оценки функции почек, анализ на содержание желчных кислот в крови — функции печениМеждисциплинарная научная область, возникшая на стыке молекулярной биологии, биохимии и медицины – метаболомика, изучает качественный и количественный состав метаболома клетки, ткани или организма и его изменения во времени. Помимо обнаружения заболеваний, метаболомика помогает в поиске новых лекарственных средств, в микробиологии, пищевой химии, а также мониторинге состояния окружающей среды.В метаболомике до сих пор нет единой процедуры анализа данных. Дело в том, что экспериментальные данные могут быть получены из десятков серий измерений биологических образцов в разных условиях. Для анализа таких данных используют различные статистические методы, которые позволяют подтвердить или опровергнуть гипотезы. В зависимости от принятых в конкретной лаборатории приемов и имеющегося опыта, статистический анализ проводят самыми разнообразными способами, долго выбирая условия и методы. Сотрудники химического факультета МГУ предложили универсальную рабочую схему анализа метаболома, скомбинировав существующие статистические методики.Ученые собрали несколько десятков наборов экспериментальных данных из открытых репозиториев. Экспериментальные данные (анализы 8 добровольцев, 20 пациентов с колоректальным раком до операции и 12 пациентов после операции), предоставленных из НМИЦ колопроктологии имени А.Н. Рыжих, ученые использовали для первичной оптимизации схемы анализа данных.«По формальным признакам, используемый нами подход никто в таком виде до этого не использовал, мы объединили существующие подходы с некоторыми изменениями. Нашу работу выгодно отличает от прочих беспрецедентный объем валидации – 36 наборов данных, тогда как обычно ограничиваются тремя-пятью», –прокомментировал один из авторов работы, младший научный сотрудник кафедры аналитической химии химического факультета МГУ Иван ПлющенкоМетаболом анализируют с помощью мощных методов, позволяющих определять в образце тысячи соединений. В то же время, из-за большого числа компонентов анализатор прибора загрязняется и итоговый сигнал прибора искажается. Поэтому необходимо проводить коррекцию сигнала, особенно в случае объемных исследований.Ученые использовали методы машинного обучения, характерной чертой которых является не прямое решение задачи, а обучение моделей в процессе решения множества сходных задач. Для этого исходный набор данных многократно разбивают на две части — один набор используют для построения оптимальной модели, а второй - для проверки характеристик модели. Методика включает в себя комбинацию мощных методов машинного обучения, статистического анализа и коррекцию дрейфа сигнала приборов, что позволяет решать задачи классификации и выделять минимально необходимый для правильной классификации набор биомаркеров.Разработанный сотрудниками МГУ подход призван стандартизировать процедуру анализа данных в метаболомике. Все вычисления выполнены в одной программе, на одном языке программирования и распространяются бесплатно. Процесс вычисления может быть ускорен за счет параллельных вычислений.
Подробнее читайте на rusplt.ru ...
