Интеллектуальная микроскопия: новое ПО самостоятельно проводит эксперименты

Новое программное обеспечение, созданное учёными из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Гейдельберге, Германия, может сделать устаревшим трудоёмкий процесс поиска нужных клеток под микроскопом. Программа, представленная в журнале Nature Methods, быстро обучается понимать, что ищет учёный, и берёт на себя эту задачу, автоматически запуская сложные микроскопические эксперименты при обнаружении клеток с интересующими признаками.

Программа под названием Micropilot применяет машинное обучение в микроскопии. Она анализирует изображения низкого разрешения с микроскопа и, как только идентифицирует интересующую учёных клетку или структуру, автоматически даёт микроскопу команду начать эксперимент. Это может быть как простая запись видео с высоким разрешением, так и сложные манипуляции с использованием лазеров для воздействия на флуоресцентно меченые белки с записью результатов.

Это ПО — прорыв для исследований в системной биологии, так как оно генерирует больше данных быстрее. Всего за четыре ночи автономной работы микроскопа Micropilot обнаружил 232 клетки на двух определённых стадиях деления и провёл на них сложный эксперимент по визуализации. Опытному микроскописту пришлось бы работать полный день как минимум месяц, чтобы просто найти эти клетки среди многих тысяч в образце. Благодаря такой высокой производительности Micropilot может быстро генерировать достаточно данных для получения статистически надёжных результатов, позволяя учёным исследовать роль сотен различных белков в конкретном биологическом процессе.

Ян Элленберг и Райнер Пепперкок, чьи команды в EMBL разработали Micropilot, использовали ПО для проведения нескольких различных микроскопических экспериментов, исследуя различные аспекты деления клеток. Они определили, когда формируются структуры, известные как сайты выхода эндоплазматического ретикулума, и выявили роли двух белков, CBX1 и CENP-E, в конденсации генетического материала в плотно упакованные хромосомы и в формировании веретена деления, которое помогает выравнивать эти хромосомы. Это ПО станет ключевым инструментом для европейских проектов системной биологии Mitosys и SystemsMicroscopy, для которых Элленберг и Пепперкок разрабатывают технологии.