Биофизики автоматизировали работу флуоресцентного микроскопа для наблюдения за делением бактерий и митохондрий. Нейросеть помогает прибору определять момент начала деления, после чего камера начинает фотографировать процесс. Разработка поможет ученым детально исследовать стадии деления клетки и входящих в нее структур, значительно снизив при этом нагрузку на прибор и анализируемый препарат. Исследование опубликовано в журнале Nature Methods.
Наблюдение за живыми объектами микроскопических размеров может быть сложным. Например, клетки бактерий, не имеющие какой-либо окраски, плохо видны под световым микроскопом. Поэтому, чтобы исследовать их, ученые используют множество разных подходов. Например, окрашивают препараты или рассматривают их при облучении таким светом, который способен вызвать у объекта флуоресценцию, то есть собственное свечение. Метод флуоресцентной микроскопии позволяет, улавливая это свечение, наблюдать за поведением живых бактерий довольно продолжительное время. При этом исследователь с легкостью может сделать фотофиксацию объекта, чтобы в дальнейшем анализировать снимки. Но, если нужно сфотографировать какое-то редкое событие из жизни клетки, например деление, процесс усложняется. Ученому нужно или непрерывно наблюдать за препаратом, чтобы не пропустить нужный момент, или поставить камеру микроскопа на «автопилот», чтобы она практически непрерывно сама делала снимки. Оба варианта крайне неудобны.
Биофизики из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали нейронную сеть, которая научила флуоресцентный микроскоп распознавать приближающееся деление бактерий и митохондрий (энергетических станций клетки) и автоматически фотографировать его.
«Умный микроскоп похож на беспилотный автомобиль. Ему необходимо обрабатывать определенные типы информации и выявлять детали, на которые он затем реагирует, изменяя свое поведение», — объясняет руководитель исследования Сулиана Мэнли.
Изначально авторы обучили нейронную сеть выявлять начало деления митохондрий, поскольку это более сложный и менее предсказуемый процесс, чем деление бактерий. Соответственно, налаженную методику впоследствии легко удалось применить для бактериальных клеток. Признаками, по которым исследователи обучили нейросеть, были митохондриальные сужения, образующиеся перед делением, а также особые белки, присутствующие в этих местах в большом количестве. Когда число сужений и белков-маркеров начинало расти, микроскоп переключался в режим фотографирования, при этом делая снимки с большой частотой, чтобы наиболее подробно зафиксировать разные стадии процесса.
Предложенный подход позволит более подробно изучать сложные клеточные процессы, а также наносить меньший вред исследуемому образцу, поскольку во время, когда деление не происходит, микроскоп не облучает препарат излишним светом. Авторы работы планируют сделать систему управления микроскопом общедоступной для ученых по всему миру благодаря открытому доступу к программному обеспечению и возможности подключить его с помощью съемного носителя.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
