Go Map نقشه

استفاده از پلت فرم یادگیری ماشین در تولید توالی آنتی بادی كووید-۱۹

استفاده از پلت فرم یادگیری ماشین در تولید توالی آنتی بادی كووید-۱۹

نقشه: پژوهشگران ˮآزمایشگاه ملی لارنس لیورمورˮ(LLNL) آمریكا در مطالعه اخیرشان موفق به توسعه پلت فرم یادگیری ماشین شده اند كه این پلت فرم می تواند توالی آنتی بادی بیماری كووید-19 برای آزمایش داروها را تولید نماید.


به گزارش نقشه به نقل از ایسنا و به نقل از فیز، محققان آمریکایی مجموعه اولیه توالی های آنتی بادی درمانی را که طی چند هفته با بهره گیری از یادگیری ماشین و ابر کامپیوتر و با هدف اتصال و خنثی سازی "کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲"(ویروسی که موجب بیماری کووید-۱۹ شده است ) طراحی شده، شناسایی کرده اند. تیم تحقیقاتی آزمایش های تجربی را بر روی طرح های انتخاب شده آنتی بادی انجام می دهند. پژوهشگران این مطالعه حالا در حال انجام آزمایش های تجربی بر روی طرح های انتخاب شده آنتی بادی است.
هم اکنون درمان بیماری کووید-۱۹ با بهره گیری از آنتی بادی نمونه خون افراد مبتلا به این بیماری که کاملا درمان شده اند امکانپذیر است. دانشمندان می گویند با توجه به این که طرح های جدید آنتی بادی بوسیله یک پروسه محاسباتی و آزمایشگاهی توسعه می یابد، می توانند مسیری ایمن تری برای توسعه درمان بالقوه برای مبتلایان به این بیماری باشند.
دانشمندان آزمایشگاه ملی "لارنس لیورمور" در مقاله ای که در سایت "BioRxiv " منتشر نمودند چگونگی استفاده از کامپیوتر ها با کارآیی بالای آزمایشگاه و یک پلت فرم محاسباتی مبتنی بر یادگیری ماشینی را برای طراحی کاندیداهای آنتی بادی که پیش بینی می شوند با دامنه اتصال گیرنده کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲(SARS-CoV-۲ Receptor Binding Domain) ارتباط دارند، توصیف کرده اند. با ترکیب ساختارهای شناخته شده آنتی بادی برای کروناویروس سندرم حاد تنفسی و یک الگوریتم یادگیری ماشینی دانشمندان پلتفرمی که می تواند توالی آنتی بادی بیماری کووید-۱۹ را تولید نماید، توسعه داده اند.
پژوهشگران گزارش دادند که محاسبات انرژی آزاد انجام شده برای نخستین مجموعه از طرح ها - برای پیش بینی احتمال اتصال- در مقایسه با محاسبات مشابه برای آنتی بادی های شناخته شده کروناویروس سندرم حاد تنفسی انجام شده است. آمار نشان میدهد که آنتی بادی های کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ پیش بینی شده ممکنست به گیرنده های ویروس متصل شده و با جلوگیری از اتصال ویروس به سلول های انسانی، آنرا خنثی کند.
پژوهشگران آزمایشگاه گفتند که توالی ها و محاسبات اتصالی می تواند به آنها کمک نماید تا آنتی بادی های مشتق شده از بدن انسان را با محاسبات انرژی آزاد آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور مقایسه کنند تا دریابند کدامیک از آنها عملکرد بهتری دارد.
همانطور که پیش تر گزارش شده بود، "آدام زملا"(Adam Zemla) دانشمند آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور از ساختار پروتئین شناخته شده کروناویروس سندرم حاد تنفسی برای تولید یک ساختار پروتئینی ۳ بعدی پیش بینی شده کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ استفاده نمود. بعد از آن، ساختار پروتئین واقعی کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ مشخص شد.
زملا در این زمینه اظهار داشت: هنگامیکه ما برای ایجاد مدل اتصال کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ با آنتی بادی های خنثی کننده کروناویروس سندرم حاد تنفسی تلاش می کردیم، می دانستیم که به رغم سطح بالای شباهت بین دو ویروس، آنتی بادی های کروناویروس سندرم حاد تنفسی به کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ متصل نمی شوند. بدین سبب پیش بینی تغییرات ساختاری خاص کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ یک چالش واقعی برای ما در ایجاد مدل بود که به ما اجازه داد اصلاحاتی را در آنتی بادی ها انجام دهیم و آن عملیات اتصال را برقرار نماییم.
تنها طی ۲۲ روز، با بهره گیری از توالی پروتئین کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ و ساختارهای آنتی بادی شناخته شده برای کروناویروس سندرم حاد تنفسی، پژوهشگران از یک پلت فرم محاسباتی استفاده کردند که با کمک یادگیری ماشین، دانش زیست داده ورزی یا بیوانفورماتیک، داده های تجربی و ساختاری زیست شناسی و شبیه سازی های مولکولی برای کاهش چشم گیر طرح های ممکن آنتی بادی پیش بینی شده برای هدف قرار دادن کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ استفاده می نماید.
طی این مطالعه پژوهشگران از بیش از ۲۰۰ هزار ساعت واحد پردازش مرکزی (CPU hours) و ۲۰ هزار ساعت واحد پردازش مرکزی بر روی دو کامپیوتر با کارایی بالا در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور برای انجام نزدیک به ۱۸۰ هزار محاسبه انرژی رایگان آنتی بادی های دامنه اتصال گیرنده کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ استفاده کردند.
سپس با بهره گیری از ساختارهای پیش بینی شده کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲، پژوهشگران از پلت فرم طراحی شده برای تخمین محاسبه شده خواص اتصال حدودا ۹۰ هزار آنتی بادی جهش یافته استفاده کردند. آنها امیدوار کننده ترین توالی اولیه آنتی بادی را انتخاب و آنها را محاسبه کردند تا بتوانند تعامل آنتی بادی با دامنه اتصال گیرنده کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ با انرژی آزاد را دریابند. برای اینکه پایین ترین میزان -۸۲ کیلو کالری آنتی بادی در هر مول منعکس کننده قدرت اتصال آنتی بادی است. هرچه این تعداد کمتر باشد، شانس اتصال آن آنتی بادی بیشتر خواهد بود. برای مقایسه، تعداد کروناویروس سندرم حاد تنفسی و یکی از آنتی بادی های شناخته شده آن -۵۲ کیلو کالری در مول است.
حالا پژوهشگران آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در حال انجام محاسبات بیشتر با انواع مختلفی از آنتی بادی های شناخته شده برای اتصال به کروناویروس سندرم حاد تنفسی هستند و همچنان به پیشرفته تر کردن این پلت فرم ادامه می دهند.




منبع:

1399/02/16
23:12:31
5.0 / 5
1290
تگهای خبر: تحقیقات , سایت , طراحی , محققان
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۶ بعلاوه ۳
GoMap گو کپ