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Bioinformatique : des chercheurs développent une nouvelle approche de l’apprentissage automatique

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Pour lutter contre les virus, bactéries et autres pathogènes, la biologie synthétique propose de nouvelles approches technologiques dont les performances sont validées expérimentalement. Des chercheurs de l’Institut Helmholtz de Würzburg pour la recherche sur les infections à base d’ARN et de la coopérative Helmholtz AI ont appliqué l’intégration de données et l’intelligence artificielle (IA) pour développer une approche d’apprentissage automatique capable de prédire l’efficacité des technologies CRISPR avec plus de précision qu’auparavant. Les résultats ont été publiés aujourd'hui dans la revue Biologie du génome.

Le génome d'un organisme, ou ADN, comprend un modèle de protéines et régule la production de nouvelles cellules. Dans le but de combattre les agents pathogènes, de traiter les maladies génétiques ou d’obtenir d’autres effets positifs, les techniques de biologie moléculaire CRISPR sont utilisées pour modifier ou faire taire spécifiquement les gènes et empêcher la production de protéines.

L'un de ces outils de biologie moléculaire est CRISPRi (de « interférence CRISPR »). CRISPRi bloque les gènes et leur expression sans modifier la séquence d'ADN. Comme pour le système CRISPR-Cas, également connu sous le nom de « ciseaux à gènes », cet outil comprend de l'acide ribonucléique (ARN), qui agit comme un ARN guide pour guider l'exonucléase (Cas). Contrairement aux ciseaux génétiques, les endonucléases CRISPRi se lient uniquement à l’ADN sans le couper. Cette liaison fait que le gène correspondant n'est pas transcrit et reste donc silencieux.

Jusqu’à présent, il était difficile de prédire les performances de cette méthode pour un gène particulier. Des chercheurs de l'Institut Helmholtz de Würzburg pour la recherche sur les infections à base d'ARN (HIRI), en collaboration avec l'Université de Würzburg et la Helmholtz Artificial Intelligence Collaboration (Helmholtz AI), ont développé une approche d'apprentissage automatique utilisant l'intégration de données et l'intelligence artificielle (IA) pour améliorer ces prédictions pour l’avenir.

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l'approche

Les écrans CRISPRi sont un outil très sensible qui peut être utilisé pour étudier les effets d’une diminution de l’expression des gènes. Dans leur étude publiée aujourd'hui dans la revue biologie du génome, Les scientifiques ont utilisé les données de plusieurs écrans CRISPRi de base à l’échelle du génome pour entraîner l’approche d’apprentissage automatique. Leur objectif : mieux prédire l’efficacité des ARN guides modifiés déployés dans le système CRISPRi.

« Malheureusement, les analyses à l'échelle du génome ne fournissent que des informations indirectes sur l'efficacité du guide », explique Lars Barquist. « Nous avons donc appliqué une nouvelle méthode d'apprentissage automatique qui sépare l'efficacité de l'ARN guide de l'effet d'un gène silencieux. » Le biologiste computationnel a lancé l'étude et dirige le groupe de recherche en bioinformatique de l'Institut Helmholtz de Würzburg, un site du Centre Helmholtz de Braunschweig pour la recherche sur les infections en collaboration avec l'Université Julius Maximilian de Würzburg.

Avec le soutien d’outils d’intelligence artificielle supplémentaires (« IA explicable »), l’équipe a établi des règles de conception compréhensibles pour les futures expériences CRISPRi. Les auteurs de l'étude ont validé leur approche en effectuant un test indépendant ciblant les gènes bactériens essentiels, montrant que leurs prédictions étaient plus précises que les méthodes précédentes.

« Les résultats montrent que notre modèle surpasse les méthodes existantes et fournit des prédictions plus fiables des performances de CRISPRi lors du ciblage de gènes spécifiques », explique Yanying Yu, doctorant dans le groupe de recherche de Lars Barquist et premier auteur de l'étude.

Les scientifiques ont été particulièrement surpris de constater que l’ARN guide lui-même n’est pas le principal facteur déterminant l’épuisement de CRISPRi dans les examens de base. « Certaines caractéristiques génétiques spécifiques associées à l'expression des gènes semblent avoir une influence plus grande qu'on ne le pensait auparavant », explique Yu.

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L’étude révèle également que l’intégration des données provenant de plusieurs ensembles de données améliore considérablement la précision prédictive et permet une évaluation plus fiable de l’efficacité de l’ARN guide. « Il est essentiel d'élargir nos données d'entraînement en combinant plusieurs expériences pour créer de meilleurs modèles de prévision. Avant notre étude, le manque de données constituait un facteur majeur limitant la précision des prévisions », résume le professeur junior Barquist. L'approche publiée aujourd'hui sera très utile pour planifier des expériences CRISPRi plus efficaces à l'avenir et servira à la fois à la biotechnologie et à la recherche fondamentale. « Notre étude fournit un modèle pour développer des outils plus précis pour manipuler l'expression des gènes bactériens et, à terme, aider à mieux comprendre et contrôler les agents pathogènes », explique Barquist.

Les résultats en un coup d'oeil

• Les caractéristiques génétiques sont importantes : les caractéristiques des gènes cibles ont un impact majeur sur la déplétion ciblée de l'ARN dans les criblages à l'échelle du génome.

• L'intégration des données améliore les prédictions : la combinaison des données de plusieurs écrans CRISPRi améliore considérablement la précision des modèles de prédiction et permet des estimations plus fiables de l'efficacité de l'ARN guide.

• Concevoir de meilleures expériences CRISPRi : l'étude fournit des informations précieuses sur la conception d'expériences CRISPRi plus efficaces en prédisant l'efficacité des ARN guides, permettant ainsi des stratégies précises de silençage génétique.

Finance

L'étude a été soutenue par le financement du ministère bavarois des Sciences et des Arts à travers bayresq.net Réseau de recherche.

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

La directrice de l’Institut des sciences spatiales et cosmiques, la Dre Jennifer Lutz, a accepté la recommandation principale du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques et a décidé de procéder à une étude à grande échelle des exoplanètes naines rocheuses de type M.

Le programme utilisera environ 500 heures du temps discrétionnaire du directeur sur le télescope spatial James Webb pour rechercher l’atmosphère de plus d’une douzaine de systèmes proches.

Près de 250 observations ultraviolettes en orbite avec le télescope spatial Hubble seront utilisées pour déterminer l’activité des étoiles hôtes. Les observations seront effectuées par une équipe de direction du Space Science Institute dirigée par le Dr Nestor Espinosa et soutenue par le Dr Hannah Diamond Lowe en tant qu’équipe adjointe.

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques emploie également un comité consultatif scientifique externe pour donner des conseils sur tous les aspects du programme, y compris la sélection des cibles, la vérification des données et les interactions communautaires équitables. Les membres du comité consultatif scientifique seront représentatifs de la communauté exoplanétaire au sens large, couvrant un large éventail d’affiliations institutionnelles et d’étapes de carrière.

Le Space Science Institute annoncera bientôt la possibilité de soumettre des candidatures, y compris des auto-nominations. La contribution de la communauté sera sollicitée sur la liste des cibles ; Les plans d’observation seront publiés bien avant la date limite de GWebb IV.

Rapport du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques avec le télescope spatial Hubble et le télescope spatial James Webb

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Astrobiologie

Membre de l’Explorers Club, ancien gestionnaire de charge utile de la Station spatiale de la NASA/biologiste spatial, homme de plein air, journaliste, ancien grimpeur, synesthésie, mélange de Na’vi, Jedi, Freeman et bouddhiste, langue des signes américaine, camp de base de l’île Devon et vétéran de l’Everest, (il /lui) 🖖🏻

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Découvrir les origines des cratères des dômes de Ganymède et Callisto

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Découvrir les origines des cratères des dômes de Ganymède et Callisto
Les articles des éditeurs sont des résumés de recherches récentes publiées par les éditeurs des revues de l’American Geophysical Union.
source: Journal de recherche géophysique : Planètes

le En voyageant Le vaisseau spatial a été le premier à observer les cratères du dôme central sur les lunes glacées Ganymède Et Callisto en 1979. Ces cratères étaient remarquables car ils étaient uniques à ces mondes glacés et étaient susceptibles de révéler des informations importantes sur la formation des lunes glacées et leur évolution interne.

Les dômes centraux sont plus larges, plus lisses et plus arrondis que les cratères centraux traditionnels (tels que ceux que l’on trouve sur la Lune ou sur d’autres corps rocheux). Ils ne se produisent également que dans des cratères de plus de 60 km de long et sont généralement plus grands qu’une autre classe de cratères appelés cratères centraux.

Ces indices ont conduit Kosi et coll. [2024] Nous utilisons un modèle numérique de l’évolution des cratères centraux en cratères à dôme central. La chaleur restante de l’impact lui-même est concentrée sous le cratère central, ce qui rend cette glace plus chaude et plus mobile que la glace environnante. Cette glace centrale en mouvement peut s’écouler et s’élever plus facilement en réponse au champ de pression créé par la topographie du cratère. La modélisation suggère que les dômes centraux pourraient se former relativement rapidement (dans un délai de 10 millions d’années) lorsqu’il y a un flux de chaleur global suffisant en provenance de Ganymède ou de Callisto.

Citation : Caussi, ML, Dombard, AJ, Korycansky, DG, White, OL, Moore, JM et Schenk, PM (2024). Les cratères de dôme sur Ganymède et Callisto peuvent s’être formés par relaxation topographique des cratères aidé par la chaleur d’impact résiduelle. Journal de recherche géophysique : Planètes129, e2023JE008258. https://doi.org/10.1029/2023JE008258

—Kelsey Singer, rédactrice adjointe, JGR : Planètes

Texte © 2024. Les auteurs. CC BY-NC-ND 3.0
Sauf indication contraire, les images sont soumises au droit d’auteur. La réutilisation est interdite sans l’autorisation expresse du titulaire des droits d’auteur.

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Ce ballon à pattes pourrait-il nous aider à explorer Pluton ?

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Ce ballon à pattes pourrait-il nous aider à explorer Pluton ?

Le système BALLET (Floating Legged Rising Lander for Titan Exploration) conçu pour atterrir sur Pluton a suscité l’intérêt de la communauté de l’exploration spatiale. Il comprend un ballon pour ralentir la vitesse lors de l’atterrissage, réduisant la vitesse de 14 km/s à 120 m/s pour un atterrissage en douceur, et des modules détachables pour le mouvement en surface en utilisant des sauts comme moyen de déplacement en raison de la faible gravité et l’incapacité théorique de supporter des objets volants.

Le projet « Ballet » introduit le concept d’un ballon qui « marche » en soulevant l’un de ses six pieds et en le déplaçant à l’aide de câbles réglables, chaque pied étant attaché à trois câbles contrôlés par des poulies pour le mouvement. Des recherches préliminaires ont montré que le fait de soulever simultanément deux pieds opposés du sol assure la stabilité.

1 Voir la galerie

Tasse pour Floto, avec image de Damwit Halp

(NASA/Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest/Alex Parker)

Le rover BALLET est doté d’un ballon à flotteur positif de six pieds qui peut prélever des échantillons ou analyser des surfaces, et des recherches préliminaires financées par la NASA ont montré les avantages de ce concept sur Titan.

Titan a été identifié comme l’emplacement le plus approprié pour le déplacement des ballons à l’aide du système BALLET, capable d’explorer efficacement des terrains difficiles par rapport aux rovers et aux hélicoptères, tandis que Vénus et Mars posent des défis en raison des conditions environnementales telles que l’altitude, les vitesses de vent élevées et les atmosphères instables.

Le financement supplémentaire du projet BALLET par la NASA est actuellement suspendu, mais il existe des applications potentielles pour le projet sur Terre, telles que les opérations minières sous-marines pour collecter des nodules.

Les considérations de conception pour BALLET incluent le contrôle simultané de la direction du ballon, de la longueur du câble et de la recherche de chemin.

Pluton, une planète naine située dans la lointaine ceinture de Kuiper, à environ 5 à 7 milliards de kilomètres de la Terre, pose des défis majeurs aux missions d’exploration spatiale en raison de sa petite taille (son diamètre est estimé à environ 2,3 mille kilomètres) et de sa distance à la Terre.

Sources : Tecmundo, Phys.org, Universe Today

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