Un nuevo programa informático acerca el concepto de microscopía inteligente
Un equipo de investigación europeo ha desarrollado un nuevo software que detecta rápidamente lo que el científico está buscando y lo utiliza para realizar complejos experimentos de microscopía de manera automática. Tan sólo necesita un pequeño entrenamiento para poder ejecutar el trabajo de todo un equipo de analistas en mucho menos tiempo. Por Elena Higueras
La vista de un investigador sentado frente a un microscopio durante horas, buscando minuciosamente las células que necesita para su trabajo, puede convertirse en una práctica desfasada gracias al nuevo software creado por un grupo de científicos del EMBL (European Molecular Biology Laboratory) en Heidelberg, Alemania, cuyos resultados han sido publicados en la revista Nature Methods.
Según un comunicado difundido por EMBL, el programa de ordenador, al que han denominado Micropilot y que está disponible en Internet, puede aprender rápidamente lo que el científico está buscando para, automáticamente, detectar células con las características precisas que interesan al investigador, asumiendo así el laborioso trabajo de examen frente a la máquina y reduciendo enormemente el tiempo que requeriría llevarlo a cabo a la manera tradicional.
Para conseguirlo el software añade un instrumento de aprendizaje a las técnicas de microscopía. El usuario programa la herramienta para que ésta conozca rápidamente los aspectos en los que el sistema debe centrar su atención. Una vez realizado el primer entrenamiento, el científico puede desentenderse de la máquina y dejar que trabaje sola.
De este modo, el sistema comienza por analizar las imágenes de baja resolución que toma el microscopio. En el momento en que detecta los parámetros de una célula o estructura que coinciden con las indicaciones dadas por el investigador, automáticamente envía los datos al microscopio para empezar a trabajar con ellos e iniciar el experimento. El proceso puede ser tan simple como la grabación en alta resolución de vídeos del paso de tiempo o tan complejo como el uso de rayos láser para interferir con proteínas fluorescentes etiquetadas y registrar los resultados.
Los requisitos del sistema en materia de hardware incluyen una platina del microscopio motorizada, así como las habilidades para cambiar automáticamente entre los objetivos o el láser scanner zoom, y cambiar filtros de fluorescencia o haces de láser.
Más datos en menos tiempo
Aparte de los propios científicos, la principal beneficiada con este nuevo sistema de microscopía inteligente es la biología de sistemas, también llamada biología sistémica. Se trata de un campo de investigación interdisciplinaria de los procesos biológicos en el que las interacciones de los elementos, tanto internos como externos, que influyen en el desarrollo del proceso biológico se representan con un sistema matemático. El tratamiento global permite comprender de manera integrada el funcionamiento de los procesos biológicos y profundizar en el entendimiento de cómo sus interacciones internas y con otros sistemas llevan a la aparición de nuevas propiedades. Este enfoque completo genera gran cantidad de datos de variables diferentes que son objeto de estudio, por lo que el nuevo software puede resultar de gran ayuda ya que es capaz de generar más datos en mucho menos tiempo.
Según un comunicado difundido por EMBL, el programa de ordenador, al que han denominado Micropilot y que está disponible en Internet, puede aprender rápidamente lo que el científico está buscando para, automáticamente, detectar células con las características precisas que interesan al investigador, asumiendo así el laborioso trabajo de examen frente a la máquina y reduciendo enormemente el tiempo que requeriría llevarlo a cabo a la manera tradicional.
Para conseguirlo el software añade un instrumento de aprendizaje a las técnicas de microscopía. El usuario programa la herramienta para que ésta conozca rápidamente los aspectos en los que el sistema debe centrar su atención. Una vez realizado el primer entrenamiento, el científico puede desentenderse de la máquina y dejar que trabaje sola.
De este modo, el sistema comienza por analizar las imágenes de baja resolución que toma el microscopio. En el momento en que detecta los parámetros de una célula o estructura que coinciden con las indicaciones dadas por el investigador, automáticamente envía los datos al microscopio para empezar a trabajar con ellos e iniciar el experimento. El proceso puede ser tan simple como la grabación en alta resolución de vídeos del paso de tiempo o tan complejo como el uso de rayos láser para interferir con proteínas fluorescentes etiquetadas y registrar los resultados.
Los requisitos del sistema en materia de hardware incluyen una platina del microscopio motorizada, así como las habilidades para cambiar automáticamente entre los objetivos o el láser scanner zoom, y cambiar filtros de fluorescencia o haces de láser.
Más datos en menos tiempo
Aparte de los propios científicos, la principal beneficiada con este nuevo sistema de microscopía inteligente es la biología de sistemas, también llamada biología sistémica. Se trata de un campo de investigación interdisciplinaria de los procesos biológicos en el que las interacciones de los elementos, tanto internos como externos, que influyen en el desarrollo del proceso biológico se representan con un sistema matemático. El tratamiento global permite comprender de manera integrada el funcionamiento de los procesos biológicos y profundizar en el entendimiento de cómo sus interacciones internas y con otros sistemas llevan a la aparición de nuevas propiedades. Este enfoque completo genera gran cantidad de datos de variables diferentes que son objeto de estudio, por lo que el nuevo software puede resultar de gran ayuda ya que es capaz de generar más datos en mucho menos tiempo.
Para demostrarlo, sirve de ejemplo una de las pruebas realizadas por el grupo de investigación europeo, en la que se dejó actuar a Micropilot sin ningún tipo de supervisión durante cuatro noches. En ese intervalo de tiempo el software consiguió detectar 232 células que se encontraban en dos etapas particulares de la división celular y realizó un complejo experimento con las imágenes obtenidas de ellas. Para alcanzar los mismos resultados, un equipo humano hubiera tenido que trabajar a tiempo completo durante al menos un mes para encontrar aquellas células de entre las miles que estaban implicadas en la prueba.
Con un rendimiento tan alto, Micropilot puede generar datos suficientes para obtener resultados estadísticamente fiables, de manera fácil y rápida, liberando a los científicos de esta laboriosa tarea y permitiéndoles que inviertan su tiempo en investigar el papel de los cientos de proteínas diferentes que participan en un proceso biológico, como explican los investigadores en una nota de la que se hace eco la agencia europea de noticias Cordis: “Micropilot libera a los biólogos celulares del tedioso trabajo de generar datos repetitivos de manera manual. Puede adaptarse a cualquier sistema virtual de imágenes que permita la automatización y el control on line de los datos obtenidos por la visión de la máquina”.
Jan Ellenberg y Rainer Pepperkok, líderes de los equipos del EMBL que han diseñado Micropilot, ya han utilizado el software para implementar varios experimentos de microscopía diferentes, centrados en la investigación de diversos aspectos de la división celular. Este software será una herramienta clave para la investigación biológica en general y, en particular, para tres de los proyectos del Laboratorio Europeo para los que Ellenberg y Pepperkok están desarrollando esta tecnología: MITOCHECK (“Regulation of mitosis by phosphorylation”, una investigación combinada de genómica funcional, proteómica y química biológica), MITOSYS (“Systems biology of mitosis”) y SYSTEMS MICROSCOPY (nuevas metodologías para el futuro de la biología de sistemas).
Todos han sido financiados por la Unión Europea. El primero de ellos por el Sexto Programa Marco, con 8’6 millones de euros, y los otros dos por el Séptimo Programa Marco, con 12 y 10,2 millones de euros respectivamente.
Con un rendimiento tan alto, Micropilot puede generar datos suficientes para obtener resultados estadísticamente fiables, de manera fácil y rápida, liberando a los científicos de esta laboriosa tarea y permitiéndoles que inviertan su tiempo en investigar el papel de los cientos de proteínas diferentes que participan en un proceso biológico, como explican los investigadores en una nota de la que se hace eco la agencia europea de noticias Cordis: “Micropilot libera a los biólogos celulares del tedioso trabajo de generar datos repetitivos de manera manual. Puede adaptarse a cualquier sistema virtual de imágenes que permita la automatización y el control on line de los datos obtenidos por la visión de la máquina”.
Jan Ellenberg y Rainer Pepperkok, líderes de los equipos del EMBL que han diseñado Micropilot, ya han utilizado el software para implementar varios experimentos de microscopía diferentes, centrados en la investigación de diversos aspectos de la división celular. Este software será una herramienta clave para la investigación biológica en general y, en particular, para tres de los proyectos del Laboratorio Europeo para los que Ellenberg y Pepperkok están desarrollando esta tecnología: MITOCHECK (“Regulation of mitosis by phosphorylation”, una investigación combinada de genómica funcional, proteómica y química biológica), MITOSYS (“Systems biology of mitosis”) y SYSTEMS MICROSCOPY (nuevas metodologías para el futuro de la biología de sistemas).
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