只需幾分鐘，人工智能就能解決神經(jīng)科學(xué)家耗時(shí)數(shù)周的挑戰(zhàn)

近10萬名65歲以上的丹麥人和全世界5500多萬人患有阿爾茨海默病和帕金森病等與癡呆癥相關(guān)的疾病。當(dāng)身體中一些最小的組成部分聚集在一起并破壞重要功能時(shí)，這些疾病就出現(xiàn)了。為什么會(huì)發(fā)生這種情況以及如何治療它仍然是一個(gè)科學(xué)之謎。到目前為止，由于缺乏合適的工具，研究這種現(xiàn)象一直非常具有挑戰(zhàn)性和局限性。

現(xiàn)在，哥本哈根大學(xué)化學(xué)系Hatzakis實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)明了一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以在顯微鏡下實(shí)時(shí)跟蹤結(jié)塊。該算法可以自動(dòng)繪制和跟蹤導(dǎo)致阿爾茨海默氏癥和其他神經(jīng)退行性疾病的聚集性構(gòu)建塊的重要特征。到目前為止，這樣做是不可能的。

“在短短幾分鐘內(nèi)，我們的算法就解決了一個(gè)需要研究人員花幾周時(shí)間才能解決的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在研究結(jié)塊蛋白質(zhì)的微觀圖像將更容易，這將有望為我們的知識(shí)做出貢獻(xiàn)，從長遠(yuǎn)來看，將為神經(jīng)退行性腦疾病帶來新的治療方法，”化學(xué)系的雅各布·k·?斯蒂爾-漢森博士說，他與Nikos Hatzakis一起領(lǐng)導(dǎo)了該算法背后的研究團(tuán)隊(duì)。

這項(xiàng)研究發(fā)表在科學(xué)雜志《自然通訊》上:https://www.nature.com/articles/s41467-024-46106-0#Ack1

在任何時(shí)候都能檢測到微小的蛋白質(zhì)

在我們的細(xì)胞內(nèi)，蛋白質(zhì)和其他分子之間的化合物和信號(hào)的聚集和交換在自然過程中發(fā)生了數(shù)十億次，使我們的身體能夠正常運(yùn)作。但是當(dāng)錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，蛋白質(zhì)會(huì)以某種方式聚集在一起，干擾它們正常工作的能力。除此之外，這會(huì)導(dǎo)致腦神經(jīng)退行性疾病和癌癥。

研究人員的機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以在顯微鏡圖像中發(fā)現(xiàn)小到十億分之一米的蛋白質(zhì)團(tuán)塊。與此同時(shí)，該算法可以根據(jù)它們的形狀和大小對(duì)團(tuán)塊進(jìn)行計(jì)數(shù)和分組，同時(shí)跟蹤它們隨著時(shí)間的發(fā)展。團(tuán)塊的出現(xiàn)會(huì)對(duì)它們的功能和它們?cè)隗w內(nèi)的行為產(chǎn)生重大影響，是好是壞。

例如，在顯微鏡下研究團(tuán)塊時(shí)，人們很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)，有些團(tuán)塊更圓，而另一些團(tuán)塊則具有絲狀結(jié)構(gòu)。而且，它們的確切形狀可以根據(jù)它們引發(fā)的紊亂而變化。但是坐下來手工數(shù)上幾千次需要很長時(shí)間，這些時(shí)間本可以花在其他事情上，”該文章的第一作者、化學(xué)系的斯蒂恩·本德(Steen Bender)說。

在未來，該算法將使更多地了解團(tuán)塊形成的原因變得更加容易，這樣我們就可以開發(fā)新的藥物和療法來對(duì)抗這些疾病。

“對(duì)這些團(tuán)塊的基本理解取決于我們能夠看到，跟蹤和量化它們，并描述它們隨時(shí)間的變化。目前還沒有其他方法可以自動(dòng)有效地做到這一點(diǎn)。

工具對(duì)每個(gè)人都是免費(fèi)的

化學(xué)系的研究人員現(xiàn)在正全力以赴地使用該工具對(duì)胰島素分子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)胰島素分子聚集時(shí)，它們調(diào)節(jié)血糖的能力就會(huì)減弱。

“我們?cè)谝葝u素分子中也看到了這種不受歡迎的結(jié)塊。我們的新工具可以讓我們看到這些團(tuán)塊是如何受到我們添加的任何化合物的影響的。通過這種方式，該模型可以幫助我們了解如何潛在地阻止或?qū)⑺鼈冝D(zhuǎn)化為不那么危險(xiǎn)或更穩(wěn)定的團(tuán)塊，”Jacob k ? steel - hansen解釋說。

因此，研究人員看到，一旦微觀構(gòu)建模塊被清楚地識(shí)別出來，就能夠使用該工具開發(fā)新藥的巨大潛力。研究人員希望他們的工作將啟動(dòng)對(duì)蛋白質(zhì)和分子的形狀和功能的更全面的知識(shí)的收集。

“隨著世界各地的其他研究人員開始部署該工具，它將有助于創(chuàng)建一個(gè)與各種疾病和生物學(xué)相關(guān)的大型分子和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)庫。這將使我們能夠更好地了解疾病并試圖阻止它們，”化學(xué)系的Nikos Hatzakis總結(jié)道。

該算法在互聯(lián)網(wǎng)上作為開源免費(fèi)提供，可供科學(xué)研究人員和其他任何致力于了解蛋白質(zhì)和其他分子結(jié)塊的人使用。

該研究由化學(xué)系的Steen W.B. Bender、Marcus W. Dreisler、Min Zhang、Jacob k ? steel - hansen和Nikos S. Hatzakis進(jìn)行，并得到了諾和諾德基金會(huì)優(yōu)化Oligo逃逸和疾病控制中心的支持。

來源：AAAS

異丁醛（也稱為2-丁醛，化學(xué)式：C4H8O）是一種有機(jī)化合物，屬于醛類化合物。以下是異丁醛的一些化學(xué)性質(zhì)：

1. 功能團(tuán)：異丁醛分子中含有一個(gè)醛基（─CHO功能團(tuán)），即碳氧雙鍵和一個(gè)氫原子。

2. 溶解性：異丁醛具有一定的溶解性。它可以在水和許多有機(jī)溶劑中溶解，如乙醇、醚等。

3. 氧化性：異丁醛易被氧氣氧化成相應(yīng)的酸。

4. 反應(yīng)活性：異丁醛是一種活潑的化合物，可以與多種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生以下反應(yīng)：

   - 還原反應(yīng)：可以被還原劑還原為相應(yīng)的醇。

   - 加成反應(yīng)：與親核試劑（如氨、氫氯化物）加成反應(yīng)，形成相應(yīng)的加成產(chǎn)物。

   - 導(dǎo)入反應(yīng)：與親電試劑（如酸性條件下的醇或酰氯）反應(yīng)，發(fā)生導(dǎo)入反應(yīng)，形成醇或酯。

5. 異構(gòu)性：異丁醛和正丁醛（1-丁醛）是同分異構(gòu)體，它們的分子結(jié)構(gòu)不同。

需要注意的是，異丁醛是一種具有刺激性氣味的液體，在處理和使用時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。同時(shí)，由于異丁醛易燃，應(yīng)避免與火源接觸和存放在易燃物質(zhì)附近。