에볼루션 바카라 및 기계 학습을 사용한 바이오 샘플 구별 : 화학 혀
형광 정렬 및 기계 학습을 에볼루션 바카라한 바이오 샘플 구별 : 화학 혀

2023/04/26
에볼루션 바카라 및 기계 학습을 사용하여 바이오 사무소 결정화학 혀 "화학 혀" 생쥐의 장내 식물 군에서 수면 장애의 단기 검출
의학 및 생물학뿐만 아니라 식품, 농업, 의학, 환경 및 에너지와 같은 다양한 분야에서도세포, 유전자 및 단백질과 같은 물질에서 얻은 정보를 에볼루션 바카라합니다완료되었습니다 예를 들어, 건강 위험과 헌법을 확인하기위한 알레르기 및 유전자 검사를 확인하기위한 혈액 검사는 이미 실용적으로 에볼루션 바카라되었으며 개인을위한 서비스로 제공되고 있습니다 다른 많은 바이오 테스트 기술이 개발되었습니다조사 할 제한 샘플 및 항목IT,측정 시간과 돈이 많이 소요됩니다표본 및 장비를 처리하는 데 필요한 특별 지식와 같이 해결해야 할 많은 문제가 있습니다
AIST특수 형광등 중합체와 기계 학습을 허용하는 기술인 화학 혀는 이러한 생체에 필요한 샘플의 특성을 구별 할 수있는 기술을 개발했습니다나는 그것을했다 (보도 자료 26/4/2022)이 기술은 단백질, 세포, 미생물, 혈액, 소변 등뿐만 아니라 샘플 조성의 빠르고 쉽고 저렴한 결정을 허용합니다모든 바이오 샘플에 에볼루션 바카라할 수 있으며 매우 다재다능합니다우리는이 기술의 개발 프로세스에 중점을 둔 두 연구원에게 생명 공학에 혁신을 가져올 가능성과 실제 적용 경로를 요구했습니다
취향 메커니즘의 아이디어 - 복잡한 샘플을 직접 측정하는 기술
주스를 마실 때 왜 오렌지 주스인지 포도 주스인지 쉽게 알 수 있습니까? 인간은 다양한 분자로 구성된 복잡한 과일 주스의 전반적인 특성을 포착 할 수 있기 때문입니다
보건 의료 공학 연구 부서의 Shunsuke Tomita는 단백질과 같은 바이오 폴리머의 구조와 물리적 특성을 연구하면서 인간이 가지고있는 감각 능력의 메커니즘에 관심이있었습니다
"인간의 취향에서, 우리는 오렌지 주스에 어떤 분자와 농도가 포함되어 있는지 개별적으로 결정하지 않습니다 우리는 주스가 마시는 것을 결정하기 위해 복잡한 분자의 전반적인 패턴을 인식하고 있습니다이 메커니즘은 오랜 진화 과정에서 유리한 일이었고, 우리는 이제 우리가 취향을 유지할 수 있다고 생각했다 Tomita는 말합니다 이것이 우리가 특수 폴리머와 기계 학습을 결합하여 맛의 메커니즘을 모방하여 단백질, 세포, 미생물, 혈액 및 소변과 같은 바이오 사임의 특성을 구별 할 수있는 새로운 기술인 화학 혀를 개발하는 방법입니다
맛의 메커니즘을 모방한다는 것은 무엇을 의미합니까? 인간은 혀에 미각이라는 장기를 통해 취향을 감지 할 수 있습니다 맛 싹은 수십 개의 미각 세포로 구성되어 있으며 맛 센서로 작용하는 맛 세포 끝에서 단백질은 맛의 물질을 감지하고 정보를 뇌로 전달합니다 이 정보를 바탕으로 뇌는 취향을 판단합니다
사람들이 취향을 느낄 수있는 메커니즘 뇌는 맛 센서가 감지하여 맛을 제공합니다 (영상)
"화학 혀"는 뇌의 기능을 모방하는 맛 세포와 기계 학습의 기능을 모방하는 에볼루션 바카라로 구성됩니다 바이오 샘플에서 성분과 접촉 할 때 형광등을 방출하는 몇몇 중합체가 준비되어 세트로 사용됩니다 각각의 중합체는 샘플에서 성분의 성질에 따라 다양한 강도로 결합하고 결합이 강할수록 형광이 강해진다 전체 형광이 마이크로 플레이트 (다중 구멍으로 구성된 실험 기기)에서 각각의 중합체 및 바이오 샘플을 혼합하여 측정 될 때, 형광 패턴은 각각의 바이오 샘플에 대해 다르게 나타납니다 기계 학습을 사용 하여이 형광 패턴을 분석함으로써 바이오 샘플의 특성을 구별 할 수 있습니다
화학 혀, 바이오 사임의 특성을 구별하는 기술
맛 세포의 기능을 모방하는 에볼루션 바카라는 바이오 샘플의 성분에 결합하고 결합의 강도에 따라 다른 강도의 형광을 나타냅니다 형광 패턴은 기계 학습을 사용하여 분석하여 샘플의 특성을 결정합니다
패턴에서 바이오 사무소의 구성을 인식
"화학 혀"기술의 핵심은 복잡한 조성물의 바이오 사임을 "패턴"으로 구별 할 수 있다는 것입니다
약물 발달, 단백질, 세포, 미생물, 혈액, 소변 등과 같은 바이오 사료의 분석 및 평가를 위해서는 식물과 동물에서 수집 한 것이 필수적입니다 그러나 그들의 구성은 복잡하고 다양합니다 예를 들어, 약물이 암 환자로부터 얻은 종양 조직 및 세포에 투여 될 때의 변화를 조사 할 때, 약물의 작용 메커니즘은 크게 다르며, 약물의 반응은 때때로 다양하다 따라서 약물이 작용하는 암 세포의 어느 부분을 식별하고 시간이 지남에 따라 변화를 모니터링해야합니다
또한 발효 식품에서 미생물의 구성은 식품의 풍미와 기능에 영향을 미치는 환경과 공정에 따라 복잡한 방식으로 변화합니다 따라서 각 발효 식품 생산 공정에 대한 샘플 평가는 제품 개발 및 품질 관리에 필수적이지만 쉽지는 않습니다 많은 경우에, 그들은 장인의 지식과 경험에 의존하는 것 외에는 선택의 여지가 없습니다
기존 기술에서 이러한 바이오 샘플, 단백질, RNA 및 대사 산물을 분석하고 평가하기 위해 검출되고 비교되어야합니다 "화학 혀"는 전체 샘플의 특성을 반영하는 "패턴"으로 이러한 복잡한 구성으로 바이오 사무소를 구별하므로 표적 분자의 분리 또는 정제가 필요하지 않으므로 기존 기술보다 쉽고 빠릅니다 Tomita는 단백질과 세포 가이 기술을 에볼루션 바카라하여 차별 될 수 있음을 반복적으로 확인하고 그것이 적용 가능한 기술임을 깨달았습니다
염료를 에볼루션 바카라한 화학 혀의 예
다양한 염료와 단백질을 함유하는 용액의 반응은 상이한 광 흡수 패턴을 나타낸다 이것은 정량화되고 분석됩니다
마우스 장내에서 결정된 수면 장애
다음으로, Tomita는 그것에 대해 생각했는데, 미생물, 장내 식물상 (장내 식물)을 조사하는 데 에볼루션 바카라될 수 있었으며, 이는 업계에서 점점 더 필요해지고 있습니다 인간 장에는 1,000 종이 넘는 고향이며 100 조에서 1,000 조 박테리아가 있습니다 최근의 연구에 따르면 장내 식물상은 건강 상태와 질병의 발병과 깊은 관련이 있으며, 질병 및 건강 상태를 진단하고 장내 식물 군의 상태를 제어하여 장내 식물상을 분석하여 질병을 개선하고 예방하기 위해 연구가 적극적으로 수행되고 있습니다
그러나 원래 폴리머와 같은 화학 시스템을 에볼루션 바카라한 실험을 전문으로하는 Tomita는 어떤 종류의 샘플을 평가할 것인지 또는 준비하는 방법에 대한 지식이나 경험이 없었습니다
그래서 우리는 미생물 연구를 수행하고있는 생물학적 공정 연구 부서의 일원 인 Kusada Hiroyuki에게 협력을 요청했습니다
Kusada는 자연 환경에서 미생물이 사는 방법과 환경에 미치는 영향과 같은 주제에 대한 연구를 수행하고 있으며, 다양한 박테리아 종을 포함하는 환경 샘플에서 알려지지 않은 미생물을 분리하고 새로운 기능을 드러내는 기술을 가지고 있습니다 그는 미생물을 신중하게 연구하는 전문가입니다
Kusada조차도 장내 식물을 쉽게 분석 할 수 없습니다 "장내 식물상에 어떤 박테리아와 얼마나 많은 비율이 존재하는지 알아 내기 위해, 매우 노동 집약적이고 시간이 많이 걸리며 비용 효율적인 박테리아 식물상의 유전자를 분석하는 유일한 방법입니다 또한, 대부분의 장내 박테리아는 산소에 노출 될 때 죽을 때 죽을 때 죽을 때 죽을 때 죽을 때 세균성 박테리아가 필요합니다 살아 있는"
기존 방법을 에볼루션 바카라하여 장내 식물을 구성하는 박테리아 종을 분석하기 위해 먼저 대변에서 수집 된 샘플에서 미생물 집단의 게놈 DNA를 추출하고, PCR (중합 효소 연쇄 반응)을 에볼루션 바카라한 박테리아 분류의 지표로서 에볼루션 바카라 된 특정 게놈 영역을 증폭시킨다 증폭 된 게놈 영역은 고속 시퀀서를 에볼루션 바카라하여 기본 서열을 나타내고, 서열을 공개 유전자 서열 데이터베이스와 비교하고, 장내 식물의 프로파일이 최종적으로 밝혀졌다 여러 단계를 거쳐야 할뿐만 아니라 시퀀서를 에볼루션 바카라한 게놈 분석에는 아웃소싱이 있으면 수십만 엔이 소요되며 데이터를 얻는 데 약 한 달이 걸립니다 Kusada는“Tomita의 대화를 들었을 때, 박테리아가 폴리머와 혼합하고 형광을 측정하여 박테리아를 감지 할 수 있기 때문에 매우 관심이있었습니다
Kusada (왼쪽)는 Tomita (오른쪽)의 상담 후 연구에 참여했습니다 그는 "화학 혀"의 첫 번째 에볼루션 바카라자였습니다
말하자면, 미지의 장내 식물상을 갑자기 시도하는 것은 높은 장애물입니다 따라서, 분리 된 박테리아와 확인 된 박테리아가 적절하게 확인 될 수 있는지에 대한 단계를 진행하기 위해, 우리는 "화학 혀"가 박테리아 A와 박테리아 B, 알려진 균주 및 생리 학적 기능을 갖는 표준 균주를 구별 할 수 있는지 여부를 조사했다
Kusada는“이 단계에서 나는 매우 충격을 받았다 "박테리아를 공식적으로 분류하기 위해서는 복잡한 유전자 분석이 필수적입니다 박테리아 A와 B는 체계적으로 가까운 친척이라면, 현미경에서 미생물의 형태를 관찰하고, 세포를 염색하여 색상 차이를 확인하고, 어떤 음식을 먹는 음식을 확인하고, 성장 조건을 확인한 다음, A와 B가 다른 혀를 발견하지 못한다는 것을 알 수 있습니다 형광은 박테리아 A와 B가 단 몇 분 안에 "다른"것을 볼 수 있습니다
다음으로, 우리는 10 내지 20 개의 다른 장 박테리아를 구별 할 수 있는지 여부와 여러 장의 박테리아를 다른 비율로 혼합하여 비율의 차이를 결정할 수 있는지 테스트했으며, 두 시험이 정확도를 결정하는데 에볼루션 바카라될 수 있음을 발견했다 "화학 혀"가 실제로 에볼루션 바카라될 수있는 기술임을 확인한 후 마침내 마우스 대변 샘플을 에볼루션 바카라하여 장 식물을 식별하기로 결정했습니다 실험은 수면 장애가있는 모델 마우스였다
최근 몇 년 동안, 수면 장애와 장내 식물상이 밀접하게 관련되어 있음이 밝혀졌으며, 우리는 "화학 혀"가 정상 마우스와 수면 장애 모델 마우스를 구별 할 수 있는지 여부를 확인했습니다 결과적으로, "화학 혀"는 미생물 전문가조차도 장내 식물을 분석하여하기가 어렵다고 말하는 건강 (수면 장애)을 명확하게 알 수있었습니다
샘플은 정상 및 수면 억제 마우스의 대변으로부터 수집되었고, 장내 식물의 형광 패턴을 측정 하였다
기계 학습을 에볼루션 바카라 하여이 형광 패턴 데이터를 분석하면 정상 및 수면 장애를 구별 할 수 있습니다
Kusada는 "화학 혀"의 매력을 보았을 때 미생물의 고밀도와 쉽게 식별 할 수있게 해주는 많은 사람들 이이 기술을 에볼루션 바카라하기를 강력하게 원했습니다
"기존의 차세대 시퀀싱 분석이 많은 사람들이 에볼루션 바카라하는 이유는 기본 시퀀스 데이터베이스가 거대하기 때문입니다 더 많은 사람들이 화학 혀를 에볼루션 바카라함에 따라 많은 사람들 이이 기술을 빠르게 에볼루션 바카라할 수 있기를 바랍니다 그러나 화학적 혀는 기존 미생물 분석 방법을 대체 할 수 있기를 바랍니다 기존의 차세대 시퀀싱 분석을 통해 옆에있는 박테리아 종의 유형을 시편하고 식별하면 장내 식물 분석의 정확도가 크게 향상되고 연구가 효율적으로 수행 될 수 있습니다 " (Kusada)
Tomita 자신은이 기술에 대해 "바이오 사무소를 분석 할 때 유일한 옵션은 생화학 적 분석 및 OMICS 분석과 같은 특정 분자를 감지하는 것이 었습니다이 방법은 특정 단백질을 포함하는지 여부는 명확하지 않지만이 방법은 전반적인 특성에 차이가 있다고 생각할 수 있습니다 새로운 옵션이 제공되었다고 생각합니다
가능한 것을 늘리고 실질적으로 에볼루션 바카라하는 것을 목표로
"화학 혀"는 내장의 미생물뿐만 아니라 모든 환경의 미생물에도 에볼루션 바카라할 수 있습니다 예를 들어, 토양의 미생물이 식물의 성장에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 토양의 미생물 총을 제어하기 위해 연구가 수행되어 작물 수율을 증가시키고 살충제를 줄입니다 "화학 혀"는 이러한 농업 및 음식 분야에서 에볼루션 바카라될 수 있습니다 작물에서 잘 자라는 토양의 박테리아 식물 식물상의 형광 패턴을 분석함으로써 선별에 에볼루션 바카라하여 작물을 재배하는 데 에볼루션 바카라되어야하는 토양을 알아낼 수 있습니다 또한, 표적 특징이있는 샘플을 식별 할 수 있다면, 존재하는 유용한 미지의 미생물을 검색하는 연구로 이어질 수있다 호수, 강 및 온천과 같은 다양한 환경에서 미생물 총 샘플을주의 깊게 검사하기 전에 대략적인 스크리닝은 유사하게 예상 될 수 있습니다
최근에는 "화학 혀"에 관한 제약, 식품 및 성분과 같은 다양한 분야의 회사의 문의가 증가했으며 실제로 회사와 공동 연구를 수행하고 있습니다 공동 연구원들은 "이것이 접근 방식인가?"와 같은 놀라운 반응을 받았다고 말했다 그리고 "이것을 그렇게 쉽게 말할 수 있습니까?" Tomita는 그러한 반응을받은 후 새로운 성취감을 느낍니다 "저에게는 모든 사람의 반응이 상쾌했습니다 그뿐만 아니라 '내가 할 수 있습니까?'와 같이 생각하지 않은 회사들로부터 제안을 받고 다음 발전에 대한 아이디어가 확대되고 과학자로서의 호기심을 자극하는 것이 재미 있습니다"
현재 Tomita는 공동 연구원의 샘플을 제공하고 분석을 수행하고 있지만 어느 시점에서 회사는 모든 실험 시스템을 상대방에게 양도하여 회사 외부에서 에볼루션 바카라할 수 있도록 계획합니다
Tomita는“이를 위해서는 에볼루션 바카라하기 쉽게 만드는 것과 같은 문제가 있지만, 장치, 기계 학습, 로봇 공학 등을 능가하는 동일한 조직 내에 사람들이 있기 때문에 AIST 내의 협업을 에볼루션 바카라하여 실용적으로 만들 것”이라고 Tomita는 말합니다
가까운 시일 내에 "화학 혀"가 바이오 샘플 식별을위한 표준 플랫폼이되기를 바랍니다
건강 의료 공학 연구 부서
Nanobiodevices Research Group
최고 연구원
Tomita Shunsuke
Tomita Shunsuke
생물학 프로세스 연구 부서
생물학적 자원 정보 인프라 연구 그룹
연구원
Kusada Hiroyuki
Kusada Hiroyuki
AIST
생명 공학 영역
건강 의료 공학 연구 부서