Направленный уклон одного поляризованного клетки в условиях ограниченности

Пространственная и одноклеточная транскриптомика являются трансформирующими подходами в расшифровке клеточной динамики. Поскольку основной парадигмой для реконструкции путей развития клеток является вывод траекторий, этот процесс критически важен. Однако существующие методы требуют значительного ручного вмешательства и знаний о разнородных инструментах, что создает значительные барьеры для эффективного анализа траекторий. Чтобы преодолеть этот разрыв, мы предлагаем SpaCellAgent — автономную многоагентную структуру, которая автоматизирует анализ спатиовременных данных и генерацию нарративов от начала до конца. SpaCellAgent использует многоагентную архитектуру для стратегического планирования рабочего процесса, динамический движок оркестровки инструментов для адаптивного выбора алгоритмов и модуль самоэволюции, который поэтапно уточняет производительность на основе обратной связи. Мы оцениваем SpaCellAgent на шести разнородных наборах данных, охватывающих сложные временные траектории развития, различные платформы секвенирования и пространственно разрешенные архитектуры тканей. SpaCellAgent последовательно демонстрирует улучшение аналитической эффективности более чем на 40% при сохранении производительности, соответствующей экспертным стандартам. Конвертируя спецификации на естественном языке в оптимизированные аналитические рабочие процессы и полностью автоматизируя конвейер, SpaCellAgent демократизирует продвинутое спатиовременное моделирование и устанавливает масштабируемую, управляемую агентами парадигму для вычислительной биологии. Код и материалы доступны по адресу https://github.com/LittleXH-shw/SpaCellAgent.

Большинство потенциально обитаемых планет, обнаруженных на сегодняшний день, вероятно, довольно отличаются от Земли, например, они имеют больший радиус и массу, различающийся уровень вращения и спектр родительской звезды, отличающийся от Солнца. Поэтому первая обнаруженная внеземная жизнь, возможно, будет существовать в условиях, которые не встречаются на нашей планете. Это требует универсального подхода к моделированию биологии, который можно применить к многочисленным планетарным сценариям, опираясь на базовые знания о жизни на Земле, но не ограничиваясь ими. Здесь мы исследуем универсальную модель микробной клетки, чья метаболическая скорость определяется термодинамикой и диффузией субстрата через клеточную мембрану. Мы моделируем биосферу с одним видом, состоящим из метанопродуцирующих микробов, и определяем, как изменение размера клетки, скорости клеточной гибели и затрат на синтез биомассы влияют на биосигнатуру на планете - в данном случае метан. Мы обсуждаем подходы к предсказанию верхних оценок для изобилия газов-биосигнатур и применимость модели к другим метаболизмам. Этот инструмент пополняет массив работ, стремящихся справиться со сложностью потенциальных внеземных биосфер.

Классификация гетерогенных омических данных по-прежнему остается основной проблемой в вычислительной биологии, особенно в условиях высокой размерности и малых выборок, где доминируют нелинейные взаимодействия, а дисбаланс классов дополнительно усложняет надежное предсказание редких фенотипов. Хотя традиционные методы на основе ядров полагаются на изобилие признаков, они не используют известные ландшафты взаимодействий биологических систем. В данной работе мы предлагаем структуру классификации на основе гауссовского процесса, которая интегрирует закодированные графом биологические пути непосредственно в конструкцию ядра. Пропагируя информацию вдоль известных сетей взаимодействия и комбинируя это с признаками, основанными на изобилии, полученный классификатор захватывает как количественные измерения, так и топологический контекст. Мы проводим оценку нашей предложенной методологии на трех общедоступных наборах данных по микробиому кишечника и кала. Для решения проблемы серьезного дисбаланса классов мы оцениваем дополнительные стратегии, включая ресемплирование на уровене данных, калибровку порогов и корректировки на основе матрицы замешательства, и сообщаем о результатах для класса меньшинства наряду с общей точностью. Гибридный подход дает прирост производительности по сравнению с неструктурированными базовыми решениями и соответствует показателям установленных эталонов для аналогичных наборов данных. Кроме того, вероятностная природа данного подхода естественным образом предоставляет откалиброванную предсказательную неопределенность, позволяя надежно различать уверенные предсказания и неоднозначные образцы.

Настоящее исследование направлено на изучение участия трансляционного фактора T-box 15 (TBX15) в иммунном уклонении клеток рака желудка (РЖ), а также молекулярных путей, регулирующих TBX15 как вверх, так и вниз по схемам регуляции. Были собраны образцы тканей РЖ и параканцерозных тканей для подтверждения экспрессии TBX15, матриксной металлопротеиназы 14 (MMP14) и метилтрансферазы-подобной 3 (METTL3) с использованием обратной транскрипционной количественной ПЦР и западного блоттинга. Создана система совместной культуры клеток РЖ, связанных с опухолевыми макрофагами (TAMs), и клеток CD8T из мышей с карциномой преджелудка (MFC). TBX15, MMP14 и METTL3 были высокоэкспрессированы в тканях РЖ. Проведены анализы Каплана-Мейера, и высокая экспрессия предсказывала плохой прогноз для пациентов с РЖ. Заглушение способствовало апоптозу клеток РЖ и ингибировало развитие опухолей, а также активность пролиферации, миграции и инвазии. TBX15 связывался с промотором с использованием ChIP-qPCR. Перепрограммирование смягчало уменьшение, вызванное заглушением. METTL3 нацеливает мРНК и регулирует уровень м6A. TBX15 ассоциирован с инфильтрацией макрофагов и клеток CD8T. В системе совместной культуры клеток РЖ-TAM и клеток MFC-CD8T перепрограммирование смягчало снижение M2 поляризации и активацию противоопухолевой активности клеток CD8T, вызванное заглушением. Однако перепрограммирование приводило к снижению поляризации макрофагов M1 и активности клеток CD8T, вызванных заглушением. Эти данные предполагают, что TBX15, связанный с плохим прогнозом у пациентов с РЖ, способствует иммунному уклонению в клетках РЖ. TBX15, регулируемый метилированием м6A, нацеливал промотор MMP14, тем самым регулируя экспрессию MMP14. Сигнальная ось METTL3/TBX15/MMP14 была вовлечена в развитие клеток РЖ, поляризацию макрофагов M2 и активацию противоопухолевой активности клеток CD8T. Эти результаты предоставляют фундаментальную экспериментальную основу для рассмотрения TBX15 как потенциальной терапевтической мишени для РЖ.

Фундаментальный вопрос о том, какая первичная движущая сила приводит лиганды и рецепторы в близкое расположение, остается без ответа. В то время как предыдущие модели предполагают существование предварительного контакта и не учитывают эту проблему инициации, мы предполагаем, что энтропийные силы, возникающие от наномасштабных биомолекул в переполненных клеточных средах, обеспечивают необходимый движущий механизм. Мы разрабатываем единый континуум-модель, основанную на вариационном принципе Онсагера, где глубина поглощения служит обобщенной координатой, а движущая сила возникает из ландшафта свободной энергии, состоящего из энтропийных, связывающих, мембранных и цитоскелетных вкладов. Эта структура естественным образом включает: (i) прикрепление, управляемое энтропией, в качестве инициации; (ii) связывание лиганда и рецептора как поддерживающую силу; (iii) деформацию мембраны через гамильтониан Хельфриха-Канэма; и (iv) вискоупругость цитоскелета через принцип соответствия упругости и вискоупругости. Кинетическая фазовая диаграмма предсказывает критическую концентрацию биомолекул для инициации, нижнюю границу плотности лиганда для полного поглощения, конечный размерный диапазон для поглощаемых частиц и оптимальный радиус вируса 30-60 нм, который уменьшается с увеличением энергии связывания. Условие растворимости Онсагера естественным образом дает границы фаз. Модель демонстрирует асимптотическую согласованность с классическим результатом Асакира-Оосавы в пределе больших частиц на плоской поверхности. Более жесткие клетки приводят к более длинным временам поглощения и более узким размерным диапазонам. Поразительно, что оптимальный размер соответствует размерам ВИЧ-1 при физиологически реалистичных параметрах. Эта работа предоставляет вариационную основу для клеточного захвата с последствиями для вирусологии, нанотехнологий и доставки препаратов.

В данной статье предлагается игровая модель, позволяющая рассматривать любопытство как экосистему. Прежде всего, предполагается, что политике запроса одного агента (как, когда и почему агент задает вопрос) сопутствуют факторы, такие как ценность немедленного уменьшения неопределенности, затраты, отсроченные результаты и ценность сохранения вопроса открытым. Ключевым понятием в данной модели является то, что значения этих связанных с принятием решения параметров могут изменяться в зависимости от опыта. Например, период дешевых, быстро отвечаемых вопросов может изменить стоимость запроса на коротком временном интервале и повлиять на то, к каким вопросам агент будет стремиться ответить в более долгосрочной перспективе. Во-вторых, эти идеи распространяются на множество агентов, исследующих общую область знаний, и в этой модели отслеживаются объем запросов, разнообразие тем, направленность на передний край, избыточность и возможность повторного использования знаний. В результате получается концептуальная игровая модель для изучения экологии любопытства и для будущих усилий по проектированию многократных агентных систем ИИ для открытия. Она служит сопутствующей статьей к работе, которая в настоящее время находится на рецензии в журнале Trends in Neurosciences.