Блог компании BotHub. Автор: Настасья Алексеевна. Одноклеточное РНК-секвенирование (scRNA-seq) – метод изучения экспрессионных профилей на уровне отдельных клеток, то есть определения, какие РНК присутствуют в каждой клетке и в каком количестве. Это позволяет ученым понимать, как функционирует каждая клетка и какие функции она выполняет.

Простыми словами: данный метод помогает понять, какие гены в клетке «включены» и «выключены» в данный момент. Это важно, потому что активные гены определяют, как клетка будет себя вести, например, будет ли она здоровой, превратится ли в раковую, поможет ли она иммунной системе бороться с инфекцией и так далее. Таким образом, РНК-секвенирование применяют для разработки лекарств, при изучении болезней и их лечении, а также для того, чтобы понять, как развиваются и функционируют различные живые организмы на уровне их клеток.

Весь процесс достаточно сложный, но как GPT-4 помогает в его осуществлении? Об этом подробно и доступно я расскажу в этой статье!

Введение в исследование

Данное исследование основывается на использовании большой языковой модели GPT-4 для автоматизации процесса аннотирования типов клеток в данных одноклеточного РНК-секвенирования.

Одноклеточное РНК-секвенирование – это высокотехнологичный метод исследования, который позволяет ученым заглянуть внутрь отдельных клеток и узнать, какие гены в них активны. Каждый ген, который «включен», производит РНК, и именно эту РНК ученые «читают» с помощью секвенирования. Это осуществляется с помощью расшифровки последовательностей нуклеотидов!

Можно представить, что внутри каждой клетки есть небольшой заводик, где гены – это рабочие, которые выполняют разные задачи. Некоторые рабочие активны в определенное время, а другие отдыхают. Одноклеточное РНК-секвенирование как раз и позволяет выяснить, кто из рабочих сейчас «на смене». Это очень важно, поскольку разные типы клеток выполняют разные функции в организме, и активность генов отражает эти функции. Например, клетки печени будут активировать один набор генов, а клетки мозга – совершенно другой :Р

Теперь об аннотировании типов клеток. После того как ученые получили данные от одноклеточного РНК-секвенирования, перед ними стоит задача понять, какие клетки они изучали. Ведь образцы для исследования часто берут из тканей, где содержится множество разных клеток. Аннотирование – это процесс, при котором ученые сопоставляют группы клеток с уже известными типами клеток, основываясь на их генной активности. Если вернуться к аналогии с заводом, то это как если бы вы определяли, что за продукцию выпускает завод, глядя на то, какие рабочие сейчас на смене :)

GPT-4 способен распознавать и классифицировать различные типы клеток, опираясь на информацию о генах-маркерах, то есть о генах, которые специфичны для определенных типов клеток.

Эффективность GPT-4 была проверена на большом количестве типов тканей и клеток, и результаты, полученные моделью, показали высокую степень согласованности с аннотациями, выполненными вручную специалистами. Это означает, что GPT-4 может точно идентифицировать типы клеток внутри сложных биологических образцов, что обычно требует глубоких знаний и много времени при традиционном подходе. Также был создан специальный программный пакет для языка программирования R, названный GPTCelltype.

Этот пакет как раз и представляет собой инструмент, который позволяет использовать возможности GPT-4 для автоматической аннотации типов клеток, упрощая и ускоряя этот процесс для исследователей.