染色体的单细胞结构 - 在3D中
密苏里大学 （University of Missouri） 的两位科学家开发了一种强大的新型人工智能工具，可以预测单个细胞内染色体的 3D 形状，帮助研究人员从新角度了解我们的基因是如何工作的，这是遗传学和生物医学研究的一次重大飞跃。 染色体是保存我们 DNA 的微小储存盒。 由于每个细胞内部都装有大约 6 英尺的 DNA，因此必须将其紧紧折叠起来才能适合。 这种折叠不仅节省了空间 - 它还可以控制哪些基因是活跃的或不活跃的。 但是，当 DNA 没有以正确的方式折叠时，它会破坏正常的细胞功能并导致包括癌症在内的严重疾病。 从历史上看，科学家们一直依赖同时对数百万个细胞的结果进行平均的数据。 这使得几乎不可能看到单个细胞之间的独特差异。 但 Mizzou 工程学院的 Yanli Wang 和 Jianlin “Jack” Cheng 开发的新 AI 模型改变了这一点。 “这很重要，因为即使是来自身体同一部位的细胞也可能以非常不同的方式折叠染色体，”该研究的主要作者、研究生 Wang 说。 “这种折叠控制了哪些基因被打开或关闭。” 研究单个细胞很棘手，因为数据通常很混乱或不完整。 但新的 AI 工具是专门为应对这些挑战而设计的。 它足够聪明，可以在嘈杂的数据中发现薄弱的模式，并且知道如何估计染色体的 3D形状。 它还了解如何正确“看到”生物结构，即使它们旋转时也是如此。 与之前的深度学习 AI 方法相比，Mizzou 的工具在分析人类单细胞数据时的准确性是其两倍多。 该团队已将该软件免费提供给世界各地的科学家。 这意味着研究人员现在可以使用它来更好地了解基因如何运作、疾病如何开始以及如何设计更好的治疗方法。 “每个细胞都可以具有不同的染色体结构，”电气工程和计算机科学策展人杰出教授 Cheng 说。 “我们的工具可以帮助科学家详细研究这些差异——这可以带来对健康和疾病的新见解。” 研究人员现在计划进一步改进 AI 工具，将其扩展为构建整个基因组的高分辨率结构。 他们的目标是：为科学家提供迄今为止最清晰的基因图蓝图。