Para Ilmuan Menemukan Sebuah Teknologi Jaringan Biologis Yang Baru

Para Ilmuan Menemukan Sebuah Teknologi Jaringan Biologis Yang Baru

Sering disebut sebagai “bola berbulu”. Ini adalah nama yang tidak menarik untuk representasi dua dimensi dari jaringan biologis yang kompleks, penggambaran sistem keterkaitan dan koneksi yang begitu kompleks dan padat sehingga “terlihat berantakan,” kata Dmitry Korkin, PhD, profesor ilmu komputer di Worcester Polytechnic Institute (WPI) dan direktur bioinformatika universitas dan program biologi komputasi.

Misi Korkin adalah menjinakkan kekacauan ini dengan mengembangkan cara baru untuk “melihat” jaringan biologis kompleks, metode yang memungkinkan peneliti untuk fokus pada informasi dan koneksi terpenting untuk melihat pepohonan melalui hutan.

Alat visualisasi yang sedang dikembangkannya mungkin memegang kunci untuk menemukan hubungan penting antara protein dan gen yang terkait dengan gangguan kompleks seperti kanker, diabetes dan kelainan spektrum autisme.

Jaringan biologis yang kompleks menggambarkan tantangan bioinformatika: sejumlah besar data berharga yang dihasilkan melalui teknologi penelitian yang canggih tidak diragukan lagi memiliki petunjuk untuk penyembuhan, namun tampaknya mereka tidak dapat ditembus oleh para periset yang ingin menganalisisnya.

Korkin, yang penelitiannya berfokus pada bioinformatika penyakit kompleks, genomik komputasi dan biologi sistem, untuk menemukan cara baru dalam memvisualisasikan jaringan biologis, yang dapat mencakup segala hal mulai dari koneksi saraf di otak manusia hingga semua interaksi antara protein dalam sel ragi.

Dia mengatakan bahwa dia yakin telah menemukan solusi dalam teknologi yang pada awalnya dibayangkan sebagai perangkat tambahan untuk videogame dan hiburan. Selama lebih dari setahun, Korkin dan tim peneliti telah menggunakan Microsoft HoloLens System untuk mempelajari jaringan interaksi protein yang mencakup mutasi yang terkait dengan kelainan genetik yang kompleks.

Sistem, sejenis penampil real campuran, menciptakan proyeksi holografik yang tampak melayang pada titik-titik depan tampilan. Saat dia menjelaskan kepada para hadirin, Korkin percaya bahwa teknologinya menawarkan sebuah rute baru yang menarik untuk memahami lebih dalam jaringan yang sangat sulit untuk divisualisasikan.

Pavel pada jaringan bisa dilihat di layar belakangnya

Ada baiknya mengumpulkan informasi mengenai jaringan ini dengan teknologi yang semakin tepat, namun saat Anda mencoba menganalisis secara visual, Anda menyadari bahwa hal itu tidak mungkin dilakukan dengan cara konvensional. Kurangnya teknik visualisasi yang memadai tidak hanya menghalangi pemahaman akan jaringan kompleks, namun ini membatasi penelitian, karena hubungan yang paling berarti dan penting dalam jaringan ini mungkin tidak mudah terlihat.

Beberapa tahun yang lalu, Korkin melihat-lihat di HoloLens, sebuah teknologi, untuk pertama kalinya, tampaknya menawarkan kemampuan yang telah dia cari. Perangkat adalah satu set “kacamata pintar” yang mengambil informasi visual dan memproyeksikannya ke ruang di depan pengguna. Tidak seperti kacamata realitas maya, yang dirancang untuk menghalangi kenyataan dan membuat pengguna menjadi dunia buatan.

HoloLens menggunakan realitas campuran untuk menggabungkan visualisasi holografik yang dihasilkan komputer dengan dunia nyata. Dengan demikian, jaringan penelitian Korkin tampak melayang di atas meja di kantornya, memungkinkan dia berjalan-jalan dan “melihat” mereka dari semua sisi. Pada tahun 2016 Korkin menerima dua perangkat pelepasan HoloLens awal yang dirancang untuk para pengembang aplikasi.

Sejak saat itu, dengan peneliti postdoctoral Pavel Terentiev, PhD dan tim mahasiswa pascasarjana dan mahasiswa, dia telah bekerja untuk mengambil data tentang jaringan biologis yang telah diteliti di lab dan mewakili mereka sebagai objek tiga dimensi di dunia nyata menggunakan HoloLens. “Jaringan adalah struktur data yang sangat umum, kata korkin. Ilmuwan komputer telah bergulat dengan jaringan selama berabad-abad.

Masalah dengan jaringan biologis adalah komplesitasnya, dengan banyak informasi dikemas ke dalam struktur yang sangat padat. Hampir tidak mungkin untuk memvisualisasikan jaringan ini dengan bentuk konversional dua dimensi yang tepat. Ketika saya pertama kali melihat prototipe awal teknologi yang akan menjadi Hololens. Ini menjadi cara ideal untuk berinteraksi dengan jaringan ini.

Di antara jenis jaringan yang dipelajari di Laboratorium Korkin adalah jaringan penyakit, terdiri dari gen dan protein yang terkait dengan kelainan genetik yang kompleks, seperti kanker, diabetes dan kelainan spektrum autisme. “Jaringan ini dapat mencakup ratusan ribu gen dan protein yang membawa sejumlah mutasi”, kata Korkin.

Pendekatan ini menggunakan informasi sistem sebagai kerangka kerja untuk menggabungkan informasi tentang sifat gen dan protein ini dan fungsinya dalam upaya untuk melihat bagaimana mutasi individu mempengaruhi keseluruhan sistem. Hal ini dapat membantu kita memahami mekanisme molekuler yang mendasarinya. oleh mutasi dan konsekuensi yang mungkin terjadi.

Sistem biologis kompleks seperti jaringan penyakit

Korkin mengatakan HoloLens akan mempermudah koneksi ini. Salah satu proyek saat ini menggunakan teknologi untuk mengeksplorasi berbagai koneksi antara protein yang terlibat dalam kanker payudara, contoh dari jenis “bola berbulu” yang dia jinakkan. Di Laboratorium Korkin, pengguna tergelincir di perangkat, yang terlihat seperti versi kacamata pengaman laboratorium futuristik.

Tiba-tiba deretan tiga dimensi bola berwarna yang dihubungkan oleh garis nampak melayang di udara di tengah ruangan. Bola dan garis adalah simpul dan koneksi di jaringan, mewakili protein dan interaksi fisik antara protein. Sementara mengapung di luar angkasa, jaringan nampaknya berakar di beberapa kaki dari lantai. Saat pengguna berjalan di sekitar layar, ia dapat melihat simpul dan koneksi dari berbagai sudut.

Pengguna dapat mencubit ibu jarinya dan jari telunjuknya bersamaan, seolah memegang jaringan dan memutarnya, kanan dan kiri, naik turun, untuk membawa bagian yang berbeda ke tampilan. Dengan menggunakan isyarat atau perintah suara, pengguna dapat menyoroti node tertentu dan kemudian mengambil informasi tentang mereka, seperti struktur protein individu atau lokasi mutasi tertentu.

Ketika pengguna lain melakukan HoloLens kedua, mereka dapat menjelajahi jaringan bersamaan karena tampaknya berada di antara keduanya. “Ini bukan hanya alat visualisasi,” kata Korkin. Ini adalah alat untuk pencarian informasi interaktif, memungkinkan untuk melapisi jaringan di atas dengan sejumlah data terkait, termasuk informasi struktural dan adanya mutasi.

Dengan cara ini, ia menjadi objek cerdas yang mengintegrasikan informasi dan umpan. Ini kembali ke peneliti dengan sejumlah pilihan yang disarankan. Dengan menggabungkan algoritma yang merangkum aturan dasar, ini dapat menciptakan visualisasi cerdas untuk membantu mengidentifikasi elemen jaringan yang harus diperhatikan oleh para peneliti, dimana pertama mereka teliti adalah hal yang paling penting.

Korkin mengatakan bahwa dia berharap dapat membawa kemampuan ini untuk mengikuti program penelitian genomik saat ini, yang didukung oleh penghargaan tahun 2015 sebesar $ 768.000 dari National Science Foundation, di mana dia mencari wilayah genom yang telah dilestarikan melintasi spesies dan jutaan tahun.

Pemahaman yang lebih baik tentang segmen ini, disebut dengan elemen multispecies yang identik panjang. LIMEs, yang cenderung melakukan fungsi dasar dan vital di dalam sel, dapat memberi petunjuk baru mengenai peran genetika dalam perkembangan normal dan timbulnya penyakit. Ini menggunakan Hololens untuk memetakan informasi yang mereka temukan mengggunakan algoritme.

Mereka dapat memvisualisasikannya pada tingkatan kromosom dengan genom, membawa informasi tentang fungsi elemen pengkodean dan non-pengkodean. Fakta bahwa beberapa elemen ini terjadi dengan banyak salinan yang unik.

Ini merupakan penemuan para ilmuan untuk teknologi pendeteksi protein dan gen dalam tubuh. Salah satu perkembangan teknologi biologis yang semakin berkembang untuk menemukan hal-hal yang berguna untuk kehidupan. Demianlah artikel ini, semoga dapat menambah wawasan anda.