Diese Woche in unseren Nerd News: briefmarkengroße Ultraschall-Geräte zum Aufkleben – und wie eine KI die Form fast jedes Proteins auf unserem Planeten entschlüsselt hat.
Im Jahr 2020 sorgte die Künstliche Intelligenz (KI) namens AlphaFold weltweit für Schlagzeilen: Das Programm hatte es geschafft anhand der Abfolge der Aminosäuren die endgültige Gestalt eines Proteins vorherzusagen (wir berichteten). Dieses auch als Proteinfaltungsproblem bekannte Rätsel trieb Biologen schon seit einem halben Jahrhundert um.
Jetzt macht AlphaFold wieder von sich Reden. Offenbar ist es der KI gelungen, die Strukturen von mehr als 200 Millionen Proteinen vorherzusagen – das umfasst beinahe jedes bekannte Protein auf unserem Planeten. Jedes dieser Proteine inklusive seiner Struktur ist jetzt in einer frei zugänglichen Datenbank des European Molecular Biology Laboratory's European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) abrufbar. Für die biomedizinische und pharmakologische Forschung ist das revolutionär, darin sind sich Wissenschaftler schon jetzt einig. Aber warum eigentlich?
Sollte der Tweet nicht angezeigt werden, bitte die Seite neu laden.
Die Erstellung genauer Karten der Aminosäureanordnung von Proteinen ist oft der erste Schritt zu neuen Erkenntnissen über deren Funktionsweise. Ohne solche Strukturinformationen ist es zum Beispiel schwierig, Medikamente zu designen. Aber auch zum Verständnis von neurodegenerativen Erkankungen, bei denen fehlgefaltete Proteine eine Rolle spielen, ist das Wissen über die Struktur essentiell. Bislang werden solche Strukturbestimmungen üblicherweise mittels Röntgenkristallographie oder Kryo-Elektronen-Tomografie durchgeführt – ein sehr aufwändiges und teures Unterfangen. Computer-Vorhersagen, die auf Deep Learning basieren, sind da eine schnelle und kostengünstige Alternative.
Mehr zu AlphaFold lest ihr hier.
Ingenieure vom MIT haben ein briefmarkengroßes Ultraschallgerät entwickelt, das auf die Haut geklebt wird und 48 Stunden lang kontinuierliche Ultraschallbilder von inneren Organen liefert. In ihrer Studie konnten sie an Probanden zeigen, dass die Ultraschall-Sticker hochauflösende Live-Bilder von großen Blutgefäßen und tiefer liegenden Organen wie Herz, Lunge und Magen erzeugt. Dabei blieben die Aufkleber fest haften und erfassten Veränderungen in den darunter liegenden Organen, sogar während die Probanden joggten oder Rad fuhren.
Noch erfordert das aktuelle Design den Anschluss an weitere Instrumente, die die reflektierten Schallwellen in Bilder umwandeln. Laut der Forscher könnten die Aufkleber in ihrer jetzigen Form trotzdem schon unmittelbare Anwendung finden: So könnten sie etwa bei Patienten im Krankenhaus eingesetzt werden, ähnlich wie EKG-Aufkleber zur Herzüberwachung, und so kontinuierlich innere Organe abbilden.
Wenn die Geräte drahtlos arbeiten können – ein Ziel, auf das das Team derzeit hinarbeitet –, könnten die Ultraschall-Sticker zu tragbaren Bildgebungsprodukten werden, die Patienten von einer Arztpraxis praktischerweise mit nach Hause nehmen könnten. Die Erfinder des Ultraschall-Stickers sind überzeugt, dass das der große „Durchbruch bei Wearables und medizinischer Bildgebung“ sein wird.
Wie das Ultraschall-Gerät im Miniformat aussieht, könnt ihr euch hier anschauen.
Ein Kompressionsverband, der seine Farbe ändert, wenn er zu eng oder zu locker anliegt. Ein Armband, das per Farbwechsel den Blutdruck überwacht – ganz ohne Elektronik. Das sind nur zwei von vielen Anwendungs-Ideen der MIT-Forscher für ihr neu entwickeltes Herstellungsverfahren, das Materialien „strukturelle Farbe“ verleiht. Die Farbe des Materials hängt also davon ab, ob man es streckt oder staucht.
Dabei haben sich die Ingenieure von lichtreflektierenden Muschelschalen, Schmetterlingsflügeln und anderen schillernden Organismen in der Natur inspirieren lassen. Aufgrund mikroskopischer Oberflächenstrukturen scheinen diese Strukturen zu schimmern und ihre Farbe zu verändern. Den Herstellungsprozess haben sie dabei an eine inzwischen obsolete Fotografie-Technik aus dem 19. Jahrhundert angelehnt: dem Littmannverfahren.
Wie genau das neue Verfahren funktioniert und wie dieses Material aussieht, könnt ihr in folgendem Video sehen:
Ihr wollt mehr Infos? Hier entlang!
Bildquelle: Luis Villasmil, unsplash
