חוקרים ממרכז Turku Bioscience באוניברסיטת טורקו, פינלנד, פיתחו שיטה חישובית חדשה לפרש נתונים מורכבים של תא בודד. השיטה מסייעת לחוקרים לזהות ולקבץ סוגי תאים על פני דגימות.
גוף האדם מכיל כ-37 טריליון תאים. חלקם דומים יותר מאחרים, אך אף פעם לא בדיוק אותו הדבר. טכנולוגיות חד-תאיות חדישות מאפשרות לאפיין את ההטרוגניות התאית הזו, מדידה של עשרות עד אלפי מולקולות, כגון גנים או חלבונים, על פני אלפי תאים בודדים בו-זמנית ומספקות תובנות לגבי בריאות ומחלות.
כמות קטנה של דם מכילה מיליארדי תאי דם אדומים ומיליוני תאי חיסון. לכל סוג תא יש 'טביעת אצבע' מולקולרית משלו, אותה יכולים החוקרים לזהות על ידי שילוב טכנולוגיות של תא בודד עם שיטות חישוביות.
כאשר חוקרים מספר דגימות שונות, על המדענים להתאים תחילה את אותם סוגי תאים על פני הדגימות. זהו שלב תובעני המכונה שילוב נתונים.
עם זאת, שיטות האינטגרציה הנוכחיות מתקשות לעתים קרובות כאשר סוגי תאים משתנים בין דגימות או מופיעים בכמויות שונות מאוד. במקרים כאלה של נתונים לא מאוזנים, שיטות יכולות בטעות לשלב סוגי תאים שונים.
כדי לפתור זאת, חוקרים מאוניברסיטת טורקו פיתחו כעת אלגוריתם חדש מבוסס למידת מכונה המשלב ביעילות אפילו נתונים לא מאוזנים על פני דגימות. השיטה, שנקראת Coralysis, פותחה במרכז Turku Bioscience בקבוצת המחקר Computational Biomedicine של פרופסור לורה אלו, המזוהה גם עם ספינת הדגל InFLAMES Research.
"טכנולוגיות של תא בודד מאפשרות לנו לחקור את המגוון המדהים של תאים, אבל השוואה ביניהם בין דגימות היא מסובכת. זה הניע אותנו לפתח שיטה לחשוף את הדפוסים הנסתרים הללו בצורה מהימנה", אומר פרופסור-משנה Sini Junttila, אחד המפקחים על המחקר.
כלי יעיל בקוד פתוח
קיבלנו השראה מתהליך הרכבת הפאזל, שבו מתחילים בקיבוץ חלקים המבוססים על תכונות ברמה נמוכה עד גבוהה, כמו צבע והצללה, לפני שמסתכלים על צורה ודוגמאות. באופן דומה, האלגוריתם שלנו משלב זהויות סלולריות בהדרגה באמצעות סבבים מרובים של מקבץ מחלק."
אנטוניו סוזה, חוקר דוקטורט, מפתח ראשי של Coralysis
Coralysis יושמה כתוכנת קוד פתוח. בבסיסו, היא מסתמכת על למידת מכונה, מה שמאפשר לה לבנות מודלים שניתן להשתמש בהם כדי לחזות זהויות סלולריות במערך נתונים חדשים ואף להעריך עד כמה התחזיות הינן בטוחות. זה עוזר לחוקרים להימנע מהמשימה המסורבלת ולעתים קרובות לא מהימנה של זיהוי ידני של סוגי תאים. תכונה ייחודית נוספת של Coralysis היא היכולת שלה לזהות מצבים תאיים משתנים שאחרת עלולים להחמיץ.
"Coralysis מספקת לקהילה המדעית דרך חדשה לחקור את המגוון הסלולרי ולהשיג הבנה עמוקה יותר של נתונים מורכבים של תא בודד. על ידי הפיכתם לזמינים בגלוי, אנו מקווים לתמוך בשיתוף פעולה ולהאיץ גילויים ברחבי קהילת המחקר העולמית", אומרת פרופסור לורה אלו, החוקרת הראשית של הפרויקט.
המחקר של קבוצת המחקר של אלו פורסם בכתב העת המדעי מחקר חומצות גרעין.
