Baza de date spectrală Raman oferă o bibliotecă deschisă pentru identificarea biomoleculelor
Într-o realizare remarcabilă, cercetătorii de la Universitat Oberta de Catalunya și de la Institutul de Științe Fotonică au creat o bază de date spectrală Raman, destinată să fie accesibilă comunității științifice. Această bibliotecă deschisă include 140 dintre cele mai importante tipuri de biomolecule, printre care se numără acizii nucleici, proteinele, lipidele și carbohidrații. Această inițiativă inovatoare are potențialul de a transforma modul în care sunt identificate biomoleculele și de a sprijini cercetările în domeniul biomedical.
Tehnologia spectroscopiei Raman permite analiza compoziției chimice și a structurii moleculare a materialelor prin interacțiunea luminii cu materia. Acest fenomen, denumit dispersie Raman, a fost descoperit de către fizicianul indian Chandrasekhara Venkata Raman în 1928. Bazându-se pe această tehnologie, cercetările recente subliniază importanța creării unei biblioteci standardizate și accesibile, astfel încât să se faciliteze avansarea cercetărilor în domeniul biomedicinei.
Studiul, intitulat „Biblioteca spectrală Raman pentru identificarea biomoleculelor”, a fost condus de Marcelo Terán, inginer de date și cercetător în cadrul grupului „Inteligență Artificială pentru Bunăstarea Umană” (AIWELL) de la UOC, colaborarând strâns cu colegii săi David Masip și David Merino, precum și cu știința José Javier Ruiz și Pablo Loza-Alvarez de la ICFO. Conform lui Terán, „Una dintre limitările fundamentale ale potențialului spectroscopiei Raman în aplicațiile biomédicale a fost lipsa datelor spectrale deschise pentru biomolecule. De aceea, ne-am propus crearea unei biblioteci accesibile, standardizate și utile pentru comunitatea științifică, care va acționa ca o bază pentru viitoarele cercetări și aplicații clinice.”
În cadrul acestui proiect, cercetătorii au implementat două algoritmi de căutare, care s-au dovedit 100% precisi în identificarea primelor 10 biomolecule și în clasificarea tipului de moleculă, fără a necesita analize subiective. Această dezvoltare promite o revoluție în rapiditatea și acuratețea identificării compoziției moleculare a probelor, reducând influența umană în analiză.
Progres în medicație datorită datelor biomédicale deschise
Terán subliniază importanța spectroscopiei Raman în analiza compoziției chimice a probelor într-un mod non-invaziv, extrem de valoros în medicină. „Această bază de date poate facilita identificarea precisă a biomoleculelor, contribuind în viitor la studierea modului în care prezența acestora variază în procese biologice precum cancerul.” De asemenea, el adaugă că „disponibilitatea datelor biomédicale de înaltă calitate este esențială pentru progresul dezvoltării soluțiilor bazate pe inteligență artificială. Această necesitate a fost punctul de plecare pentru cercetare.”
Cercetătorii au colectat date din spectre Raman ale biomoleculelor din articolele de specialitate de referință, dezvoltând un algoritm folosind tehnici clasice de viziune computerizată pentru a extrage automat datele. O provocare principală a fost cantitatea limitată de date spectrale publicate în format accesibil, o problemă pe care ei au rezolvat-o prin validări experimentale.
„Lucrările noastre furnizează un instrument care poate ajuta la identificarea compoziției moleculare pe baza spectrului său Raman într-un mod obiectiv, rapid și standardizat. Această identificare este în prezent realizată prin analiza vizuală a vârfurilor principale din spectre, iar rezultatele sunt comparate cu referințele din literatură. Instrumentul nostru poate eficientiza acest proces și poate oferi o soluție standard care reduce prejudecățile umane în analiză,” a afirmat Terán.
O bază de date destinată expansiunii prin contribuțiile comunității
Privind în perspectivă, cercetătorii speră ca comunitatea științifică să contribuie la îmbogățirea acestei baze de date, astfel încât să devină o bibliotecă colaborativă de referință în domeniul spectral Raman al biomoleculelor. Terán observă că „încă este neobișnuit ca articolele științifice să împărtășească date deschis, în special în domeniul spectroscopiei Raman. Această lipsă de acces la date limitează considerabil cercetarea biomedicală. Dacă inteligența artificială trebuie să fie aplicată cu succes, este nevoie de volume mari de date fiabile și accesibile, și aici intervin proiectele de știință deschisă.”
Pe măsură ce baza de date se extinde, se așteaptă să îmbunătățească formarea modelelor de inteligență artificială în aria analizei moleculare a probelor biologice, deschizând oportunități pentru aplicații noi în diagnosticarea și monitorizarea bolilor.
