Разработан новый метод анализа молекул с помощью нанопор и машинного обучения

Исследователи из Токийского университета разработали новый метод анализа молекул, который сочетает нанопоры и машинное обучение. Технология под названием «вольтажное матричное профилирование нанопор» позволяет точно классифицировать белки в сложных смесях на основе их электрических сигнатур.

Художественное изображение анализа белков (цветные фигуры) с помощью твердотельных нанопор при различных напряжениях. Иллюстрация выбрана для обложки журнала. Автор: Сотаро Уэмура, Токийский университет

Твердотельные нанопоры — это крошечные туннели, через которые могут проходить молекулы. Исследователи систематически меняли условия напряжения, фиксируя как стабильные, так и зависящие от напряжения сигнальные паттерны. Организация этих характеристик в вольтажную матрицу позволяет модели машинного обучения различать белки даже в смесях.

«Идентификация и классификация белков в сложных биологических смесях — сложная задача. Наш подход преодолевает ограничения предыдущих методов, основанных на измерениях при одном напряжении», — пояснил профессор Сотаро Уэмура.

В эксперименте метод успешно различил два биомаркера рака — раково-эмбриональный антиген (РЭА) и раковый антиген 15-3 (СА15-3). Технология также обнаружила изменения в молекулярных популяциях при связывании аптамера с РЭА. При тестировании на образцах сыворотки крови мышей метод четко различал образцы до и после центрифугирования.

В перспективе исследователи планируют адаптировать метод для анализа человеческой сыворотки и слюны, а также создать параллелизованную систему нанопор для анализа в реальном времени.