Tutkijat kehittivät tarkan menetelmän kehon pienten molekyylien tunnistamiseen – voi auttaa monien sairauksien diagnoosissa

Ihmiskehossa on tuhansia erilaisia metaboliiteiksi kutsuttuja pieniä molekyylejä, jotka kuljettavat energiaa ja solujen välittämää informaatiota. Metaboliitteja tutkitaan esimerkiksi verinäytteistä, mutta niitä on erittäin vaikeaa erottaa luotettavasti toisistaan niiden äärimmäisen pienen koon vuoksi. Esimerkiksi glukoosin läpimitta on noin nanometri, kun ihmishiuksen läpimitta on noin 100 000 nanometriä.
”Nykymenetelmät pystyvät parhaimmillaan tunnistamaan vain noin 40 prosenttia näytteen metaboliiteista”, sanoo Aalto-yliopiston tietotekniikan professori Juho Rousu. Rousun tutkimusryhmä on kehittänyt maailman johtavia laskennallisia ja koneoppimista hyödyntäviä pienien molekyylien tunnistusmenetelmiä jo vuosia.
Nyt ryhmä on kehittänyt uuden erittäin tarkan koneoppimismallin metaboliittien tunnistamiseen. Tutkimus julkaistiin juuri arvostetussa Nature Machine Intelligence -julkaisussa.
Metaboliittien tarkempi tunnistaminen voi auttaa tutkijoita ja lääkäreitä ymmärtämään esimerkiksi ruokavalion, liikunnan ja alkoholinkäytön vaikutuksia terveyteen sekä aineenvaihdunnan sairauksia. Rousun ryhmän malli auttaa ymmärtämään sairauksien syntyyn vaikuttavia solunsisäisiä prosesseja sekä tunnistamaan kiellettyjä aineita esimerkiksi huume- tai dopingnäytteestä.
”Tutkimuksemme tarjoaa alan tutkijoille yhden maailman tarkimmista pienien molekyylien tunnistamismenetelmistä. Avoimen lähdekoodin menetelmä voi auttaa tunnistamaan aineenvaihdunnan häiriöitä, jotka ovat monien sairauksien, kuten sydän ja verisuonitautien ja aikuistyypin diabeteksen, taustalla”, Rousu kertoo.
Ohi pullonkaulasta
Metaboliittien tunnistamiseen käytetään erityisen tarkkoja mittauslaitteita. Yleisin tunnistustapa perustuu metaboliittien massan sekä poistumisajan analyysiin.
Pienet mutta merkitsevät erot laboratorioiden mittausmenetelmissä ovat estäneet mittausdatan laajamittaisen hyödyntämisen koneoppimismalleissa. Rousun tutkimusryhmän väitöskirjatutkija Eric Bach keksi tavan, jolla pullonkaula voidaan ohittaa.
”Pienten molekyylien poistumisajat vaihtelevat eri laboratorioiden välillä, mutta niiden poistumisjärjestys on vakio laboratoriosta riippumatta. Osoitimme, että tätä ominaisuutta voidaan hyödyntää koneoppimismallin opettamisessa”, kertoo Bach.
Tutkimusryhmä pystyi näin ensimmäistä kertaa yhdistämään kymmenien laboratorioiden mittausdatan, mikä mahdollisti ennenäkemättömän datamäärän hyödyntämisen.
”Opetimme koneoppimismallimme kaikella saatavilla olevalla metaboliittidatalla. Lopputuloksena on avoimeen lähdekoodiin perustuva ja maailmaan tarkimpiin kuuluva koneoppimismalli metaboliittien tunnistamiseen”, Bach kertoo.
Malli on niin tarkka, että Rousun ryhmä on onnistunut jopa metaboliittien stereokemiallisessa eli 3D-rakenteen erottelussa, mikä ei ole ennen ollut mahdollista.
”Stereokemiallisen erottelun löydökset ovat käänteentekeviä tieteilijöille, jotka ovat vuosia keskittyneet pelkkään 2D-dataan. Tämä vie koko alaa eteenpäin”, sanoo Emma Schymanski, apulaisprofessori Luxemburgin yliopistosta.
”Menetelmän sovellusalat eivät rajoitu pelkästään lääketieteeseen. Sitä voi myös käyttää erittäin pienikokoisten haitta-aineiden tunnistamiseen luonnossa tai sen avulla voidaan löytää kasvisoluista uusia molekyylejä lääkkeiden valmistukseen”, kertoo Schymanski.
Linkki tutkimusartikkeliin(nature.com)
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Juho Rousu
Professori
Tietotekniikan laitos
Aalto-yliopisto
puh. +358 50 415 1702
juho.rousu@aalto.fi
Eric Bach
Väitöskirjatutkija
Tietotekniikan laitos
Aalto-yliopisto
eric.bach@aalto.fi
Emma Schymanski
Professori
Luxemburgin yliopisto
puh. +352 46 66 44 5616
emma.schymanski@uni.lu
Kuvat

Linkit
Tietoja julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Tutkimus: Älykelloilla voidaan estää seuraava pandemia – tai ainakin vähentää laajoja sulkutoimia4.3.2025 15:30:00 EET | Tiedote
Tavalliset älykellot havaitsevat käyttäjänsä virusinfektion tarkasti jopa päiviä ennen varsinaisten oireiden ilmenemistä. Tuore tutkimus osoittaa, että älykelloja voitaisiinkin hyödyntää seuraavan pandemian pysäyttämiseen – tai ainakin vähentämään laajojen rajoitusten tarvetta.
Ilmastonmuutos uhkaa ruokakasvien valikoimaa – vaikutukset näkyvät etenkin päiväntasaajan seudun väestömäärältään suurilla alueilla4.3.2025 12:15:00 EET | Tiedote
Maapallon keskilämpötilan nousu muuttaa viljelyolosuhteita eri puolilla maailmaa. Tutkijoiden mukaan ruokaturvan varmistaminen edellyttää sekä ilmastonmuutoksen hillintää että siihen sopeutumista.
Aalto-yliopisto ja Saab solmivat uuden kymmenvuotisen yhteistyösopimuksen26.2.2025 10:02:47 EET | Tiedote
Aalto-yliopisto ja Saab AB ovat solmineet toisen kymmenvuotisen yhteistyösopimuksen vahvistaakseen ja syventääkseen tutkimusyhteistyötään.
Tutkimus paljastaa kaupunkipuistojen piilevät hiilipäästöt – vähähiilisyyttä voidaan edistää elinkaarilaskennalla10.2.2025 10:30:00 EET | Tiedote
Kaupunkipuistot sitovat hiilidioksidia, mutta niiden rakentamisvaiheessa syntyviä päästöjä voitaisiin vielä pienentää.
Research reveals hidden carbon emissions in urban parks: landscape life cycle assessment paves the way for low-carbon parks10.2.2025 10:30:00 EET | Press release
While urban parks absorb carbon dioxide, the emissions generated during the construction phase could still be reduced.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme