Összes szerző

Dér András

az alábbi absztraktok szerzői között szerepel:

Groma Géza
Fényindukált komplex folyamatok kinetikai modellezése gépi tanulás módszerével

Aug 28 - szerda

11:45 – 12:00

Bioenergetika és fotobiofizika

E32

Fényindukált komplex folyamatok kinetikai modellezése gépi tanulás módszerével

Groma Géza, Sarlós Ferenc, Sipos Áron, Nagypál Rita, Nagy Dávid, Dér András, Zimányi László

MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont, Biofizikai Intézet

A biológiai mintákon végzett időbontott spektroszkópiai vizsgálatok jelentős része elsőrendű kinetikák komplex rendszerével írható le [1]. Ilyenek a különböző konformációs állapotban levő FAD vagy NADH molekulákból származó fluoreszcencia kinetikák, valamint a retinál fehérjék és a fotoszintetikus rendszerek fényindukált folyamatainak kinetikái. Noha e folyamatok leggyakrabban exponenciális függvények összegével írhatók le, a modellezésnél súlyos nehézségeket okoz, hogy (1) a sokszor több nagyságrendet átfogó időtartományon kevés mérési pont áll rendelkezésre, (2) a komponensek számát nem ismerjük előre, (3) az exponenciális illesztés instabil probléma: kis bemeneti zaj is nagy bizonytalanságot eredményezhet a paraméterekben, (4) nem garantált a globális illesztési minimum elérése.

Megmutatjuk, hogy a fenti problémák elkerülhetők a modern statisztika két módszerének alkalmazásával. Egyrészt a kis- (és ismeretlen) számú exponenciális illesztése helyett az időállandók egy nagyszámú, kvázifolytonos halmazán keresünk ritka (sparse) megoldásokat, azaz olyan eloszlásokat, amelyek csak néhány pontban különböznek zérustól [2]. Másrészt a ritkaság mértékét szabályzó hiperparaméter(eke)t az adott zajszintnek megfelelően választjuk ki, valamely resampling technikán (pl. cross-validation) alapuló gépi tanulás (Bayesian Optimization) útján. Ez az eljárás automatikusan optimalizál a kevés paraméterrel való gyenge illesztés (high bias) és a sok paraméterrel való zajra illesztés (high variance) között.

A fenti eljárást elsőként alkalmaztuk komplex elsőrendű kinetikák modellezésére. Eredményességét a bakteriorodopszin fotociklus és a FAD fluoreszcencia kinetikáin fellépő Hofmester effektus tanulmányozásán mutatjuk be.

Köszönetnyilvánítás

Ez a munka az NKFIH GINOP-2.3.2-15-2016-00001 projekt támogatásával készült.

Irodalom

[1] van Stokkum IHM, Larsen DS, van Grondelle,R (2004) Biochim Biophys Acta 1657: 82−104.

[2] Groma GI, Heiner Z, Makai A Sarlos F (2012) RSC Adv 2: 11481−11490.

Petrovszki Dániel
E. coli sejtek dielektroforetikusan erősített detektálása integrált optikai bioszenzorral

Aug 28 - szerda

13:30 – 15:30

II. Poszterszekció

P33

E. coli sejtek dielektroforetikusan erősített detektálása integrált optikai bioszenzorral 

Petrovszki Dániel1, Valkai Sándor1, Gora Evelin1, Tanner Martin1, Bányai Anita2, Fürjes Péter2 és Dér András1

1 MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont, Biofizikai Intézet

2 MTA Energiatudományi Kutatóközpont, Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet

Manapság az orvosi diagnosztikában egyre nagyobb teret kap a bioszenzorok alkalmazása. Ezen érzékelők legérzékenyebb konstrukciói általában valamilyen (pl. fluoreszcens) jelöléstechnikán alapulnak, ami megnöveli az eszközök költségét és válaszidejét. Napjainkban ezért fejlődésnek indult a gyorsabb, olcsóbb, jelölésmentes technikák alkalmazása is, különösen a betegágy melletti diagnosztikában. Az optikai elven működő rendszereket e kategórián belül is a legígéretesebbek közé sorolják. Kutatásaink során egy integrált optikai érzékelő rendszert alkottunk meg baktériumsejtek jelölésmentes detektálására. A létrehozott konstrukcióban a mikrofluidikai csatornában elhelyezkedő hullámvezető struktúra környezetébe dielektroforetikus gyűjtésre alkalmas felszíni elektródarendszert [1] helyeztünk el annak érdekében, hogy minél nagyobb számú célobjektumot detektálhassunk. Az érzékelő eszköz hatékonyságának teszteléséhez kvantitatív vizsgálatokat végeztünk a hullámvezető környezetében elhelyezkedő E. coli baktériumsejteken a hullámvezetőből kiszóródott fény detektálásával. Ezzel az új rendszerrel 〖10〗^4 CFU/ml nagyságrendű kimutatási határt értünk el, amely összemérhető a vizeletben található jellemző patogén-koncentrációval. Terveink közt szerepel a dielektroforetikus sejtgyűjtő módszernek az alkalmazása más, érzékenyebb integrált optikai szenzor konstrukciókban is, létrehozva egy betegágy melletti diagnosztikában is alkalmazható eszközt.

Köszönetnyilvánítás

Köszönjük a téma kutatása során nyújtott segítségét Borbíró Andrásnak, Varga Máténak, Kunstár Károlynak, Charalambous Dafninak, a 77 Elektronika Kft. munkatársainak. A kutatás létrejöttét a VEKOP-2_2_1-16-2017-00001, illetve a NKFI-6 124922 kódú pályázat támogatta. Köszönettel tartozunk Dr. Galajda Péternek és kutatócsoportjának a számunkra biztosított laboratóriumi eszközök használatáért.

Irodalom

[1] Dastider SG, Abdullah A, Jasim I, Yuksek NS, Dweik M, and Almasri M (2018) Rev. Sci. Instrum. 89: 125009