Внимательное наблюдение за этими крошечными существами устраняет огромный пробел в генетике человека.
Плодовые мушки, которых часто ловят ползающими по коричневому банану или перезрелому цуккини, — это насекомые, которые явно сильно отличаются от людей. Но внутри они на самом деле разделяют 75 процентов болезни-Вызывающие гены с людьми. На протяжении десятилетий геном этих крошечных существ был для ученых главным предметом изучения вопросов, связанных с тем, как определенные черты передаются из поколения в поколение. Мух, однако, бывает сложно уследить, потому что они крошечные и их трудно отличить ученым.
Вот почему группа исследователей из Тулейнского университета создала программное обеспечение под названием «Автоматическое обнаружение и аннотация поведения мух на основе машинного обучения», или MAFDA. описано в статье в Научные достижения в конце июня. Их специально разработанная система использует камеру для одновременного отслеживания нескольких плодовых мушек и может определить, когда конкретная плодовая мушка голодна, устала или даже поет серенаду потенциальному партнеру. Отслеживая черты отдельных мух с разным генетическим фоном, система ИИ может видеть сходства и различия между ними.
«Мухи — важная модель в биологии. Многие из фундаментальных открытий начались с плодовых мушек — от генетической основы хромосом до радиации и мутаций до врожденных иммунитет — и это относится к здоровью человека», — говорит автор-корреспондент Ву-Мин Денг, профессор биохимии и молекулярной биологии в Тулейн. «Мы хотим использовать эту систему, чтобы иметь возможность на самом деле идентифицировать и количественно оценивать поведение плодовых мушек».
Дэн и его команда исследователей не только разработали систему машинного обучения, которая уменьшает количество человеческих ошибок и повышает эффективность изучения дрозофила меланогастер, но смогли идентифицировать ген, называемый бесплодным геном, или Fru.
Было обнаружено, что этот ген, контролирующий выработку феромонов, также контролирует то, как мухи чувствуют запах феромонов и другие химические сигналы, испускаемые окружающими плодовыми мухами, участвующими в спаривании. По словам Дэна, ген может контролировать одну и ту же поведенческую цепь (при чрезмерной или недостаточной экспрессии) из совершенно разных органов тела.
«Ген бесплодия является основным регулятором нейроповедения ухаживания мух», — сказал Дэн.
Поскольку это программное обеспечение позволяет исследователям визуализировать поведение лабораторных животных (включая мышей и рыб) в пространстве и времени, считает Джи Сун, аспирант Тулейнского университета. Школа медицины и автор статьи говорят, что это позволяет им охарактеризовать поведение, которое является нормальным, и поведение, которое может быть связано с болезнью. условия. «Система MAFDA также позволяет нам тщательно сравнивать разных мух и их поведение и видеть это у других животных», — говорит Сан.
Ученые могут черпать вдохновение из информатики и использовать ее в других областях, таких как биология. Сакет Навлаха, профессор компьютерных наук в лаборатории Колд-Спринг-Харбор, не участвовавший в изучать. Большая часть нашего творчества может исходить из объединения различных областей и навыков.
От наблюдения за прыжками, ходьбой или взмахами крыльев дрозофилы инновационная система ИИ может позволить «нам аннотировать социальное поведение и оцифровывать его», — говорит Венкан Лю, аспирант Школы Университета Тулейна. Лекарство. «Если мы используем, например, раковую муху, мы можем попытаться найти, чем отличается социальное событие, взаимодействие [и] социальное поведение раковых мух от нормального социального поведения».
Этот инструмент глубокого обучения также является примером развития двух отдельных областей: информатики и биологии. Когда изучаются животные, люди или окружающая среда, мы получаем новые алгоритмы, — говорит Навлаха. «На самом деле мы изучаем новую информатику из биологии».
Система также может быть применена для проверки лекарств, а также для изучения эволюции или биовычислений в будущем.
«Это новая для нас область изучения, — говорит Дэн. «Каждый день мы учимся чему-то новому».
