Близкий взгляд на атакующие коронавирусы

Исследователи из Ольденбургского университета используют изображения SARS-CoV-2, полученные с помощью электронной микроскопии, чтобы впервые создать высокодетализированную картину процесса заражения. Новый метод основан на машинном обучении.

Изображения SARS-CoV-2, сделанные электронными микроскопами, часто получаются размытыми и плоскими (2D), показывая в основном круглые структуры с небольшими пятнами по периферии.

Профессор Йорг Люкке и его команда работают над методами улучшения качества изображений патогена, фокусируясь на снижении шума (подавлении искажающих статистических сигналов) на снимках электронной микроскопии. Они разрабатывают специальные алгоритмы на основе методов машинного обучения (ИИ).

Высокодетализированные изображения

Команда достигла первых значительных успехов:

• Может вычислять четкие, очищенные от шума изображения из зашумленных крупных планов SARS-CoV-2, полученных с помощью электронной микроскопии.
• Удалось сгенерировать пространственное (3D), высокодетализированное изображение на основе всего одного снимка электронной микроскопии.

Предварительные результаты опубликованы на препринт-сервере (еще не прошли рецензирование). Дальнейшие испытания продолжаются.

На одном из изображений показаны вирусы SARS-CoV-2, заражающие клетку. Патогены выглядят как сферические объекты с шиповидными белками (спайк-белками). "Они не остроконечные, а скорее округлой формы, напоминающие маленькие деревья, наклоненные в разные стороны", — объясняет Люкке. То, что эти крошечные структуры различимы на изображении целой сцены заражения, свидетельствует о высокой детализации новых изображений.

Изображения подтверждают результаты других групп, которые расшифровали трехмерную молекулярную форму спайк-белков на основе томограмм. Однако, в отличие от существующих 3D-реконструкций отдельных вирусов, созданных на основе множества снимков, метод ольденбургской команды позволяет получить пространственное впечатление от всей сцены заражения на основе всего одного изображения.

Новый взгляд на противника

Исследования являются частью междисциплинарного проекта SPAplus, координируемого Центром промышленной математики Бременского университета и финансируемого Федеральным министерством образования и научных исследований Германии (BMBF).

Люкке надеется, что новые изображения помогут не только науке, но и нагляднее донести угрозу, исходящую от патогенов: "3D-фото клетки, атакуемой коронавирусами, которое все могут понять, показывает живее, чем искусственная модель, с каким противником мы имеем дело".