Indagare le funzioni dei geni cellulari con l’intelligenza artificiale e la microscopia
Una nuova tecnologia combina l'intelligenza artificiale e la microscopia per lo screening delle cellule su larga scala
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Una nuova tecnologia promette di consentire studi più approfonditi su come i singoli geni determinino l’aspetto e il comportamento delle cellule: I ricercatori guidati dal professor Veit Hornung del Gene Center della LMU e dal professor Matthias Mann dell’Istituto Max Planck di Biochimica di Martinsried, in collaborazione con il professor Fabian Theis dell’Helmholtz di Monaco, hanno sviluppato SPARCS, una tecnologia che combina l’intelligenza artificiale con la microscopia e lo screening genetico. Essa consente ai ricercatori di esaminare milioni di cellule geneticamente modificate alla ricerca di caratteristiche visive complesse e quindi di isolare in modo selettivo le singole cellule di interesse. Grazie a SPARCS, è quindi possibile collegare gli effetti cellulari alle mutazioni genetiche che li causano. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rivista Cell.
Geni coinvolti nel riciclaggio cellulare e nel sistema immunitario
Nel loro studio, gli scienziati hanno utilizzato l’intelligenza artificiale per analizzare immagini microscopiche di un totale di 70 milioni di cellule alla ricerca di cambiamenti causati da alterazioni genetiche. In un primo esperimento di validazione a livello genomico, i ricercatori hanno studiato l’autofagia, un importante processo di riciclaggio cellulare. «SPARCS ha identificato una grande percentuale dei geni già noti per la regolazione della formazione degli autofagosomi, scoprendo al contempo ulteriori geni coinvolti nel processo», afferma il primo autore, il dott. Niklas Schmacke (LMU).
I ricercatori hanno inoltre esaminato STING, un sensore chiave del sistema immunitario innato. Hanno scoperto che l’acidità dell’apparato di Golgi è importante per il trasporto iniziale di STING all’interno della cellula. La proteina GPHR influenza questo livello di pH e, di conseguenza, la successiva attivazione del sensore immunitario.
Poiché le cellule selezionate vengono isolate intatte, i ricercatori hanno poi potuto analizzarne la composizione proteica mediante spettrometria di massa. Ciò ha permesso loro di caratterizzare con precisione gli effetti delle mutazioni genetiche a livello molecolare.
Nuove prospettive per la ricerca cellulare
Nel complesso, lo studio ha dimostrato come l’intelligenza artificiale, combinata con uno screening genetico scalabile basato sulle immagini, apra nuove opportunità per studiare sistematicamente i geni e far progredire la ricerca biologica, affermano i ricercatori.
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