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두 개의 경로, 하나의 분자

우수성 ‘미세 균형’의 클러스터 내에서 수행 된이 연구는 곰팡이가 처음으로 서로 독립적으로 psilocybin을 생산하는 능력을 개발 한 것을 처음으로 보여줍니다. 하는 동안 psilocybe 종은이 목적으로 알려진 효소 툴킷을 사용하고, 섬유 캡 버섯은 완전히 다른 생화학 무기고를 사용하지만 동일한 분자에 도달합니다. 이 발견은 수렴 진화의 예로 간주됩니다. 다른 종들이 독립적으로 비슷한 특성을 개발했지만 ‘마법 버섯’은 그렇게하는 데있어 자신의 길을 갔다.

곰팡이 게놈의 단서 검색

Hoffmeister 팀의 연구 및 박사 과정 연구원 인 Tim Schäfer는 다음과 같이 설명합니다. “그것은 두 개의 다른 워크샵을 보는 것과 같았지만 궁극적으로 동일한 제품을 전달하는 것과 같았습니다. 섬유 캡에서 우리는 발견 된 것과 관련이없는 독특한 효소 세트를 발견했습니다. psilocybe 버섯. 그럼에도 불구하고, 그들은 모두 psilocybin을 형성하는 데 필요한 단계를 촉진합니다. “

연구원들은 실험실에서 효소를 분석했습니다. Innsbruck Chemist Bernhard Rupp에 의해 생성 된 단백질 모델은 반응 순서가 알려진 것과 크게 다르다는 것을 확인했습니다. psilocybe. Schäfer는“여기서 자연은 실제로 동일한 활성 화합물을 두 번 발명했습니다.

그러나, 왜 그러한 두 그룹의 곰팡이 그룹이 동일한 활성 화합물을 생성 하는가? 호프 메이스터는“진정한 대답은 우리는 모른다”고 강조한다. “자연은 이유없이 아무것도하지 않습니다. 따라서 숲의 섬유 캡 버섯에는 이점이 있어야합니다. psilocybe 이 분자를 생산하는 분뇨 또는 목재 뿌리 덮개에있는 종 – 우리는 아직 그것이 무엇인지 모릅니다. “

“가능한 한 가지 가능한 이유는 Psilocybin이 포식자를 막기위한 것이기 때문일 수 있습니다. 가장 작은 부상조차 원인이됩니다. psilocybe 버섯은 화학 연쇄 반응을 통해 파란색으로 변하기 위해 Psilocybin의 파괴 생성물을 나타냅니다. 아마도 분자는 화학 방어 메커니즘의 한 유형 일 것입니다. “라고 Hoffmeister는 말합니다.

생명 공학을위한 더 많은 도구

다른 곰팡이가 궁극적으로 동일한 분자를 생산하는 이유는 여전히 불분명하지만 그럼에도 불구하고 발견은 실질적인 영향을 미칩니다. “이제 우리는 추가 효소에 대해 알고 있으므로 Psilocybin의 생명 공학 생산을위한 도구 상자에 더 많은 도구가 있습니다”라고 Hoffmeister는 설명합니다.

Schäfer는 또한 다음과 같이 생각합니다. “우리는 복잡한 화학 합성이 필요하지 않고 생물 반응기에서 의약품을위한 Psilocybin의 향후 생산에 기여하기를 바랍니다.” Jena의 Leibniz-Hki에서 Hoffmeister의 팀은 산업과 같은 규모의 Psilocybin과 같은 천연 제품을 생산하기위한 프로세스를 개발하는 Bio Pilot Plant와 긴밀히 협력하고 있습니다.

동시에,이 연구는 곰팡이가 사용하는 다양한 화학 전략과 환경과의 상호 작용에 대한 흥미로운 통찰력을 제공합니다. 따라서 공동 연구 센터 Chembiosys의 중심 질문과 Friedrich Schiller University Jena의 우수성 ‘미세 균형’의 균형 균형을 다루고 있으며,이 작업은 독일 연구 재단 (DFG)에 의해 수행되고 자금을 지원 받았다. CRC Chembiosys는 천연 화합물이 생물학적 공동체를 어떻게 형성하는지 조사하는 반면, 우수 클러스터는 미생물과 환경의 복잡한 역학에 중점을 둡니다.

산타 크루즈 (Santa Cruz) 캘리포니아 대학 (University of California)의 엔지니어가 설계 한 “a-heal”이라는 웨어러블 장치는 프로세스의 각 단계를 최적화하는 것을 목표로합니다. 이 시스템은 작은 카메라와 AI를 사용하여 치유 단계를 감지하고 약물 또는 전기장의 형태로 치료를 전달합니다. 이 시스템은 환자의 고유 한 치유 과정에 반응하여 개인화 된 치료를 제공합니다.

휴대용 무선 장치는 원격 지역의 환자 나 이동성이 제한적인 상처 요법을보다 잘 접근 할 수있게 해줄 수 있습니다. 저널에 게시 된 초기 전임상 결과 NPJ 생물 의학 혁신장치가 치유 과정의 속도를 높이는 것을 보여줍니다.

A-Heal 디자인

UC Santa Cruz와 UC Davis 연구원은 DARPA-Betr 프로그램이 후원하고 UC Santa Cruz Baskin Engineering 의장 및 전기 및 컴퓨터 공학 교수 (ECE) Marco Rolandi가 이끄는 카메라, 생물 전자 및 AI를 결합한 장치를 설계했습니다. 한 장치의 통합으로 인해 연구자들이 알고있는 한 상처 치유의 첫 번째 중 하나 인 “폐쇄 루프 시스템”이됩니다.

Rolandi는“우리 시스템은 신체에서 모든 신호를 취하고 외부 개입으로 치유 진행 상황을 최적화합니다.

이 장치는 ECE Mircea Teodorescu의 동료 부교수가 개발 한 온보드 카메라를 사용하여 2 시간마다 상처 사진을 찍기 위해 Communications Biology Study에서 설명합니다. 이 사진은 응용 수학 부교수 Marcella Gomez의 부교수가 개발 한 머신 러닝 (ML) 모델로 공급됩니다.

Teodorescu는“이것은 본질적으로 붕대의 현미경이다. “개별 이미지는 거의 말하지 않지만 시간이 지남에 따라 지속적인 이미징은 AI 스팟 트렌드, 상처 치유 단계, 플래그 문제 및 치료를 제안 할 수 있습니다.”

AI 의사는 이미지를 사용하여 상처 단계를 진단하고 상처가 최적의 상처 치유의 타임 라인을 따라야하는 위치와 비교합니다. 이미지에 지연이 나타나면 ML 모델은 치료를 적용합니다. 또는 전기장, 상처 폐쇄로의 세포 이동을 향상시킬 수 있습니다.

장치를 통해 국소 적으로 전달되는 치료는 상처에서 세로토닌 수준을 제어하고 염증을 감소시키고 상처 조직 폐쇄를 증가시킴으로써 치유를 향상시키는 선택적 세로토닌 재 흡수 억제제 인 플루옥세틴이다. UC Davis Group의 Isseroff Group의 전임상 연구에 의해 결정된 복용량은 Healing을 최적화하기 위해 DOSE가 개발 한 장치의 생체 전자 액추에이터에 의해 투여된다. 치유를 개선하기 위해 최적화되고 UC Davis의 Min Zhao와 Roslyn Rivkah Isseroff의 사전 작업에 의해 개발 된 전기장도 장치를 통해 제공됩니다.

AI 의사는 전달할 최적의 약물 복용량과 적용된 전기장의 크기를 결정합니다. 치료가 일정 기간 동안 적용된 후 카메라는 다른 이미지를 취하고 프로세스가 다시 시작됩니다.

이 장치는 사용하는 동안 치유 속도와 같은 이미지 및 데이터를 안전한 웹 인터페이스로 전송하므로 인간 의사는 수동으로 개입하여 필요에 따라 미세 조정할 수 있습니다. 이 장치는 편리하고 안전한 사용을 위해 상업적으로 이용 가능한 붕대에 직접 부착됩니다.

임상 사용 가능성을 평가하기 위해 UC Davis 팀은 전임상 상처 모델에서 장치를 테스트했습니다. 이 연구에서, A-Heal으로 처리 된 상처는 치료 표준 치료보다 약 25% 빠른 치유 궤적을 따랐다. 이러한 결과는 급성 상처의 폐쇄를 가속화 할뿐만 아니라 만성 상처에서 점프 시작 된 치유에 대한 기술의 약속을 강조합니다.

당신은 강화되었습니다

응용 수학 조교수 Marcella Gomez가 주도한이 시스템에 사용 된 AI 모델은 생물 공학 저널의 연구에 설명 된 강화 학습 접근법을 사용하여 의사가 사용하는 진단 접근법을 모방합니다.

강화 학습은 모델이 특정 최종 목표를 달성하도록 설계된 기술이며, 시행 착오를 통해 학습하는 방법은 목표 달성 방법을 가장 잘 달성하는 방법입니다. 이러한 맥락에서,이 모델은 상처 폐쇄 시간을 최소화하는 목표를 주어 받고 있으며, 그 목표를 향한 진전에 대한 보상을받습니다. 그것은 지속적으로 환자로부터 배우고 치료 접근법을 조정합니다.

강화 학습 모델은 Gomez와 그녀의 학생들이 Deep Mapper라고 불리는 알고리즘에 의해 안내되며, 사전 인쇄 연구에서 설명하는 Deep Mapper라고 불렀으며, 이는 상처를 처리하여 정상적인 진행과 비교하여 치유의 단계를 정량화하여 치유의 궤적을 따라 매핑합니다. 시간이 상처와 함께 시간이 지남에 따라 과거 치유의 선형 동적 모델을 배우고 치유가 어떻게 진행되는지 예측하는 데 사용합니다.

고메즈는“이미지 만있는 것만으로는 충분하지 않으며,이를 처리하고 상황에 맞게 넣어야한다. 그러면 피드백 제어를 적용 할 수있다”고 말했다.

이 기술을 사용하면 알고리즘이 약물 또는 전기장의 치유에 미치는 영향을 실시간으로 배울 수 있으며, 약물 농도 또는 전기장 강도를 조정하는 방법에 대한 강화 학습 모델의 반복적 의사 결정을 안내합니다.

이제 연구팀은이 장치가 만성 및 감염된 상처의 치유를 개선 할 수있는 잠재력을 탐색하고 있습니다.

이 작품과 관련된 추가 간행물은 여기에서 링크 된 것을 찾을 수 있습니다.

이 연구는 Defense Advanced Research Projects Agency와 Advanced Research Projects Agency for Health의 지원을 받았습니다.

헝가리 부다페스트의 Eötvös Loránd University의 저자 Claudia Fugazza는“우리는이 재능있는 단어 학습자 개가 동일한 기능을 갖거나 같은 방식으로 사용되는 항목에 레이블을 확장 할 수 있음을 발견했습니다. Fugazza는 같은 이름으로 전통적인 망치와 바위를 부르는 사람과 같습니다.

“암석과 망치는 ​​육체적으로 다르게 보이지만 동일한 기능에 사용할 수 있습니다.”라고 그녀는 말합니다. “이제이 개들도 똑같이 할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.”

이 연구는 인간 소유자와 함께 개의 자연 가정 환경에서 이루어졌습니다. 처음에, 개들은 두 가지 기능적 객체의 구두 라벨에 익숙해지는 데 시간을 보냈습니다 : 당기고 가져 오기. 주인은 장난감이 비슷한 물리적 특징을 공유하지 않더라도 특정 장난감 으로이 단어를 사용하여 그에 따라 연주했습니다.

다음으로, 개는 두 가지 범주에서 더 새로운 장난감을 가지고 연주하기 전에 기능적 라벨을 올바른 장난감 그룹에 연결하는 법을 배웠는지 테스트했습니다. 그러나 이번에는 소유자가 개를위한 “풀”및 “페치”라벨을 사용하지 않았습니다.

팀은 개가 이전에 배운 기능 레이블을 자신의 경험에 따라 새로운 장난감으로 확장 할 수 있음을 발견했습니다. 최종 테스트에서, 개는 소유자가 이름을 지정하지 않았을 때에도 그에 따라 당기거나 가져 와서 구두 라벨을 성공적으로 장난감에 적용 할 수 있음을 보여주었습니다.

Fugazza는“이 새로운 장난감의 경우 이름을 들어 본 적이 없지만 Pull 또는 Fetch를 연주 했으므로 개는 어떤 장난감을 선택 해야하는지 선택해야합니다. “이것은 광범위한 훈련없이 자연스러운 설정으로 이루어졌습니다. 장난감과 함께 일주일 동안 놀고있는 소유자 일뿐입니다. 따라서 자연스러운 유형의 상호 작용입니다.”

저자는 개들의 기능적 분류에 따라 구두 라벨을 객체에 연결하는 능력과 장난감의 물리적 속성과는 별도로 자신의 기능에 대한 경험을 바탕으로 객체의 정신적 표현을 형성하여 나중에 기억할 수 있다고 지적합니다. 이러한 발견은 언어와 관련된 기본 기술의 진화와 기억을 포함한 다른인지 능력과의 관계에 대한 통찰력을 제공한다고 연구원들은 말했다.

개 언어 분류 능력의 범위와 유연성을 이해하려면 더 많은 연구가 필요합니다. 연구원들은 객체 라벨을 배우지 않는 개가 기능에 따라 물체를 분류 할 수있는 능력이 있는지 여부를 탐색하기위한 미래의 연구를 제안합니다.

Fugazza는“우리는 개가 물체 라벨을 정말 빠르게 배우는 것을 보여 주었고, 리허설 없이도 오랫동안 기억한다”고 말했다. “그리고 나는 그들이 지각적인 유사성을 넘어 라벨을 확장하는 방식 이이 레이블이 개를 위해 무엇이 될 수 있는지에 대한 아이디어를 제공한다고 생각합니다.”

이 연구는 헝가리 과학 아카데미, MTA-ELTE 비교 윤리 연구 그룹 및 Trixie의 National Brain Research Program NAP 3.0에 의해 지원되었습니다.

Stony Brook University의 지구 과학과 부교수 인 Joel Hurowitz 박사가 이끄는이 논문은 2021 년에 상륙 한 이후 로버와 함께 진행된 진행중인 연구를 기반으로합니다.

Jezero Crater의 서쪽 가장자리에 들어가자 인내는 밝은 천사 형성의 독특한 이암 노두를 조사했습니다. 그곳에서 MARS 2020 Science 팀은 이러한 암석에 대한 상세한 지질 학적, 석유 및 지구 화학적 조사를 수행했으며 미네랄, 즉 철 인산염 및 철 황화철과 함께 탄소 물질의 흔적을 발견했습니다.

연구팀은 화성에서 화석화 된 삶의 일부를 발견했다고 주장하지는 않지만, 암석에는 잠재적 생물 서명 인 생명에 의해 형성 될 수있는 특징이 포함되어 있다고 생각합니다. 잠재적 인 생물 서명은 과거의 생물학적 삶에 의해 형성 될 수 있었지만 생명이 없을 때 형성 될 수있는 특징, 요소, 분자, 물질 또는 특징이다. 설득력있는 발견이지만, 팀은 미생물 활동이 머드 스톤에서 관찰 된 특징의 개발에 책임이 있는지에 대한 결론을 내릴 수 있기 전에 더 많은 데이터가 필요하다고 지적합니다.

2004 년 Stony Brook University의 대학원생이었을 때 Mars Rover 연구에 참여한 Hurowitz는“이 머드 스톤은 지구가 형성된 후 수억 년 만에 화성의 표면 환경 조건에 대한 정보를 제공하므로 2004 년 Stony Brook University의 대학원생이었던 이래로 Mars Rover Research에 참여한 Hurowitz는 말합니다..

“우리는 밝은 천사 형성에서 미네랄과 유기 단계의 수집이 형성되는 조건을 더 잘 이해하는 데 도움이되는 생활 및 비 생물 과정에 대한 광범위한 연구를 수행해야 할 것”이라고 그는 설명했다.

보다 구체적으로, 연구원들은 분석 중에 다음을 결론 내렸다.

• 검출 된 유기 탄소는 관찰 된 철 포스페이트 및 철 황화물 미네랄을 생성하는 탈취 후 산화 환원 반응에 참여한 것으로 보인다. 이러한 반응은 저온의 퇴적암 환경에서 발생했습니다. 산화 환원 반응은 모든 생물이 에너지를 유도하는 화학 반응의 한 유형이며, 지구의 저온 퇴적 환경에서 이러한 산화 환원 반응은 일반적으로 미생물 수명에 의해 주도됩니다.
• 유기물을 수반하는 산화 환원 반응이 관찰 된 철, 황 및 인 함유 미네랄의 스위트를 생성 할 수있는 다양한 경로를 검토하면 비 생물 (물리적 생물학적) 및 생물학적 과정이 밝은 천사 형성에서 관찰 된 독특한 특징을 설명 할 수 있습니다.
• 밝은 천사 형성에서의 관찰은 순전히 비 생물 적 설명의 일부 측면에 도전하고, 따라서 연구자들은 철과 황과 인 함유 결절과 반응 전선이 잠재적 인 생물 서명으로 간주되어야한다고 제안합니다.

암석과 이암 특징을 평가하기위한 지속적인 연구가 이루어질 것입니다. 당분간 연구원들은 궁극적으로 지구상의 고감도 기기를 사용 하여이 장치에서 수집 한 핵심 샘플의 분석이 포함 된 미네랄, 유기물 및 텍스처의 기원을 결정하는 데 필요한 측정을 가능하게 할 것이라고 결론지었습니다.”