AI för sociala nätverk hittar nya celltyper i vävnad

Det går att skapa mikroskopibilder av genaktivitet direkt i vävnaden, med hjälp av så kallad in situ-sekvensering. För att lättare kunna tolka den stora mängden data har forskare vid Uppsala universitet utvecklat en helt ny bildanalysmetod, baserad sig på AI-algoritmer för nätverksanalys – en metod som ursprungligen togs fram för att förstå sociala nätverk.

Vävnaden som bygger upp våra organ består av miljontals celler med olika funktion. Alla celler hos en individ har samma gener (DNA) som finns i cellkärnan. Generna uttrycks genom att molekyler kallade mRNA, eller budbärar-RNA skickas ut från cellkärnan till övriga cellen med information om vad som ska göras. Kombinationen av mRNA definierar på så sätt cellens funktion och identitet.

Svårt se alla detaljer

RNA kan avläsas med hjälp av in situ-sekvensering, en metod som forskare bakom den nya studien tidigare varit med och utvecklat och där miljontals avlästa mRNA syns som prickar i en mikroskopibild av vävnaden. Problemet är att de kan vara svårt att urskilja alla viktiga detaljer. Det är där den nya AI-baserade metoden kan vara till nytta. Med den är det nämligen möjligt att läsa av både funktioner inom en enskild cell och interaktioner mellan celler.

In situ-sekvensering

In situ är latin och betyder ”på plats”. In situ-sekvensering är en metod som kan användas för att lokalisera aktivt budbärar-RNA (mRNA) direkt i vävnadsprover. Budbärar-RNA överför information från generna (dna) i cellkärnan till proteinfabrikerna i cellen. Om man vet vilka gener som är aktiva, det vill säga uttrycks som proteiner, kan man få viktiga ledtrådar om olika sjukdomstillstånd.

– Vi utnyttjar de senaste metoderna inom artificiell intelligens, AI, eller mer specifikt grafbaserade neurala nätverk som utvecklats för att analysera sociala nätverk. Vi anpassar metoden för att förstå biologiska mönster och gradvisa variationer i vävnadsprover. Man kan likna cellerna vid sociala enheter som, liksom grupper av individer, kan definieras utifrån de aktiviteter de delar inom sina sociala nätverk som till exempel twitter, sökningar på google eller val av tv-serier, säger Carolina Wählby, professor vid institutionen för informationsteknologi vid Uppsala universitet.

Tidigare analysmetoder av den här typen av data är beroende av att det redan är känt vilka celltyper som finns i vävnaden och att cellkärnorna i den är identifierade. Metoden som brukar användas kallas singel-cell-analys, men den kan tappa bort en del mRNA och missa vissa celltyper. Trots avancerad automatiserad bildanalys är det ofta svårt att hitta de olika cellkärnorna om till exempel cellerna ligger tätt.

Kan hitta nya celltyper

– Med vår analys, som vi kallar spage2vec, kan vi nu få fram motsvarande resultat utan någon förkunskap om förväntade celltyper och kan dessutom hitta nya celltyper och funktioner inom eller mellan celler i vävnaden, säger Carolina Wählby.

Forskargruppen arbetar nu vidare med sin analysmetod genom att undersöka hur olika celltyper uppstår och organiserar sig under hjärtats tidiga utveckling. Det är ren grundforskning för att öka kunskapen om de mekanismer som styr utvecklingen, både när allt fungerar som det ska och vid sjukdom.

I ett annat projekt som görs tillsammans med cancerforskare hoppas de kunna använda metoderna för att bättre förstå hur tumörvävnad på molekylärnivå interagerar med intilliggande frisk vävnad. Målet är att det på sikt ska kunna leda till bättre behandlingar som anpassas efter varje patient.

Vetenskapliga artikel:

Spage2vec: Unsupervised representation of localized spatial gene expression signatures, (G. Partel, C. Wählby (2020)), The FEBS Journal

Kontakt:

Carolina Wählby, professor vid institutionen för informationsteknologi vid Uppsala universitet, carolina.wahlby@it.uu.se

Inlägget AI för sociala nätverk hittar nya celltyper i vävnad dök först upp på forskning.se.

Läs mer

Ny kunskap om världens mest sällsynta grundämne

Det radioaktiva grundämnet astat är ett av världens mest sällsynta ämnen. Nu har forskare från Göteborgs universitet lyckats skapa små mängder av ämnet – och kan studera dess kemiska egenskaper.

Det finns bara 70 mg astat i jordskorpan, så ämnet är extremt ovanligt. Men nu har forskare vid Göteborgs universitet lyckats tillverka negativa joner av astat i partikelacceleratorn på laboratoriet i CERN i Schweiz och därmed kunnat studera ämnet mera i detalj.

– Trots att vi får fram extremt små mängder kan vi nu fundamentalt belysa och beskriva hur astatatomen fungerar, säger Dag Hanstorp, professor i atomfysik vid Göteborgs universitet.

Sönderfaller snabbt

– Astat är inte bara sällsynt, utan också svårt att tillverka och behålla eftersom det sönderfaller fort, säger Julia Karls, doktorand vid institutionen för fysik, Göteborgs universitet och som är den som byggt den nya detektorn GANDALPH (Gothenburg ANion Detector for Affinity measurements by Laser) som användes vid mätningen i Genève.

I experiment har Dag Hanstorp och hans medarbetare, med hjälp av protonstrålen, skjutit sönder grundämnet thorium så att flera andra ämnen bildats. Ett av grundämnena är astat, som därefter har separerats från övriga ämnen och därmed kunnat studeras närmre.

– Vi har byggt upp en verksamhet på CERN med den nya detektorn där, som först testades på negativa joner av grundämnet jod för att se om den fungerade, och sedan gick vi vidare med astat, säger Dag Hanstorp.

Okänt om de kemiska egenskaperna

Eftersom ämnet astat är så sällsynt har forskarna hittills vetat väldigt lite om dess kemiska egenskaper.

Många elever oroar sig för att prata engelska

Närmare en femtedel av eleverna i låg- och mellanstadiet lider av talängslan under engelsklektionerna. Oron stör lärprocessen och bidrar till en negativ självbild visar en studie från Stockholms universitet.

Forskaren och lärarutbildaren Maria Nilsson har undersökt hur de elever som inte gärna vill prata engelska tänker kring, och upplever, undervisningen. Studierna visar att närmare tjugo procent av eleverna i årskurs 2–5 ofta, eller alltid, känner sig ängsliga i samband med vanliga lektionssituationer i engelska.

– Det är att prata när andra lyssnar som upplevs obehagligt, att råka säga fel och få reaktioner från andra. Många elever berättar att de är rädda att kompisarna ska skratta. Även om de påpekar att det är en obefogad rädsla så känns det så.

Talängslan stör lärprocessen

Det är först när eleverna förväntas agera utifrån lärarens input som talängslan triggas. Om läraren till exempel ger instruktioner på engelska och eleven inte förstått vad den ska göra, skapar det nervositet. Men studien visar inget tydligt samband mellan språkfärdighet och talängslan. Även elever som har goda kunskaper kan känna sig ängsliga för att prata engelska

Posted in BMI

Den samiska konsten sätter kampen på kartan

Konstnärliga synliggöranden av samiska kritiska perspektiv på samtiden har på senare tid nått stor uppmärksamhet. Frågor om kolonialism och dekolonisering har tagit plats på såväl klassiska konstarenor som på gator, protestarenor, sociala medier. En avhandling från Umeå universitet visar hur sådan konst gjort en större allmänhet medveten om dessa frågor och skapat en rörelse.

– De vanligaste reaktionerna jag möter när jag berättar om vad avhandlingen handlar om är antingen ett smått skamset ”Jag kan ingenting om samer”, eller ett ”Å, så spännande, det händer så mycket just nu!”. Båda dessa vittnar om den låga synlighet samiska frågor länge haft i Sverige, och om hur samiska konstnärer och aktivister bidragit till att röra om i offentlighetens gryta på sätt som närmast tvingat folk att se, säger Moa Sandström, doktorand i samiska studier vid Umeå universitet

Med avstamp i fyra idag aktiva samiska konstnärers verk och verksamhet, och särskilt fokus på relationen Sverige-Sápmi, har hon undersökt samtida konstaktivism – artivism – i relation till begreppet dekolonisering. Att motverka just

Nobelpris i kemi: Deras gensax förändrar livets kod

2020 års Nobelpris i kemi belönar upptäckten av genteknikens skarpaste verktyg: gensaxen CRISPR/Cas9. Med hjälp av den kan forskare med hög precision förändra arvsmassan i djur, växter och mikroorganismer. Tekniken har revolutionerat de molekylära livsvetenskaperna, bidrar till nya cancerterapier och kan göra verklighet av drömmen om att bota ärftliga sjukdomar.

Kungl. Vetenskapsakademien har beslutat utdela Nobelpriset i kemi 2020
till Emmanuelle Charpentier, Max Planck Unit for the Science of Pathogens, Berlin, Tyskland och Jennifer A. Doudna, University of California, Berkeley, USA, ”för utveckling av en metod för genomeditering”.

För att kunna ta reda på hur livet fungerar behöver forskare förändra gener i celler. Förut var detta tidsödande och ibland omöjligt. Med hjälp av gensaxen CRISPR/Cas9 går det numera att förändra livets kod inom loppet av några veckor.

– Det finns en enorm kraft i gensaxen, som angår oss alla. Den har inte bara revolutionerat grundvetenskapen, utan även växtförädlingen och kommer att leda till nyskapande medicinska behandlingar, säger Claes Gustafsson, ordförande i Nobelkommittén för kemi.

Oväntad upptäckt

Som så ofta inom vetenskapen, var upptäckten av gensaxen oväntad. När Emmanuelle Charpentier studerade Streptococcus pyogenes, en av de bakterier som gör mänskligheten störst skada, upptäckte hon en tidigare okänd molekyl, tracrRNA. Hennes kartläggningar visade att tracrRNA är en del av bakteriers uråldriga immunförsvar, CRISPR/Cas, som oskadliggör virus genom att klippa sönder deras DNA.

Charpentier publicerade upptäckten 2011. Samma år inledde hon ett samarbete med Jennifer Doudna, en erfaren biokemist med stor kunskap om RNA. Tillsammans lyckades de få gensaxen från bakteriens immunförsvar att fungera i ett provrör, och de förenklade saxens molekylära komponenter så att den blev lättare att använda.

Programmerade om saxen

I ett epokgörande experiment programmerar de sedan om gensaxen. I sin naturliga form känner gensaxen igen DNA från virus, men Charpentier och Doudna visar att det går att styra gensaxen så att den klipper av vilken DNA-molekyl som helst på ett förutbestämt ställe. Där klippet ligger är det sedan lätt att skriva om livets kod.

Sedan Charpentier och Doudna upptäckte gensaxen CRISPR/Cas9 2012 har användningen av den exploderat. Den har bidragit till mängder av viktiga grundvetenskapliga upptäckter och växtforskare har kunnat framställa grödor som motstår mögel, skadedjur och torka. Inom medicinen pågår kliniska prövningar av nya terapier mot cancer och drömmen om att kunna bota svåra genetiska sjukdomar håller på att bli sann. Gensaxen har tagit livsvetenskaperna in i en ny era och den gör på många vis mänskligheten den största nytta.

Nobelpristagarna i kemi 2020

Emmanuelle Charpentier, född 1968 (51 år) i Juvisy-sur-Orge, Frankrike. Fil.dr 1995 vid Institut Pasteur, Paris, Frankrike. Director för Max Planck Unit for the Science of Pathogens, Berlin, Tyskland.

Jennifer A. Doudna, född 1964 (56 år) i Washington, D.C, USA. Fil.dr 1989 vid Harvard Medical School, Boston, USA. Professor vid University of California, Berkeley, USA och Investigator, Howard Hughes Medical Institute.

Prissumman på 10 miljoner svenska kronor, delas lika mellan pristagarna.

Kontakt:

Claes Gustafsson, ordförande för Nobelkommittén för kemi, claes.gustafsson@medkem.gu.se
Eva Nevelius, pressansvarig, Kungl. Vetenskapsakademien, eva.nevelius@kva.se

Posted in BMI