Научными сотрудниками Лаборатории информационных технологий им. М. Г. Мещерякова разрабатывается веб-сервис MOSTLIT — инструмент для автоматизации обнаружения в клеточных ядрах радиационно-индуцированных фокусов (РИФ) и последующего анализа их параметров. Сервис призван оптимизировать обработку экспериментальных данных, получаемых в ходе радиобиологических исследований, предоставляя исследователям удобный и эффективный инструментарий для анализа.

Название «MOSTLIT» содержит в себе акроним, образованный из начальных букв имен сотрудников сектора гетерогенных вычислений и квантовой информатики ЛИТ ОИЯИ, принимающих непосредственное участие в разработке сервиса, создании алгоритмов и тестировании функционала: Максим Зуев, Оксана Стрельцова, Сара Шадмехри и Татевик Бежанян. Разработка ведется совместно с коллегами из Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ под руководством Аллы Борейко, Государственного университета «Дубна» и Федерального медицинского биофизического центра (ФМБЦ им. А. И. Бурназяна ФМБА России).

Разработчики веб-сервиса MOSTLIT. Слева направо: Сара Шадмехри, Максим Зуев, Оксана Стрельцова, Татевик Бежанян. Фото Алексея Воронцова

Воздействие ионизирующего излучения на живые клетки приводит к ряду различных повреждений ДНК, среди которых наибольшую опасность и высокую сложность для репарации представляют двунитевые разрывы. Для их визуализации применяется иммуноцитохимическое окрашивание — метод, основанный на детекции специфических белков-маркеров (таких как γH2AX или 53BP1), которые накапливаются в сайтах возникновения разрывов, образуя радиационно-индуцированные фокусы.

Одним из самых распространенных подходов к оценке количества фокусов до сих пор является традиционный визуальный анализ флуоресцентных изображений РИФ, проводимый несколькими операторами вручную. В связи с человеческим фактором и большими трудозатратами возникла необходимость в создании инструмента, способного минимизировать усилия исследователей и упростить процесс обработки данных.

Для обнаружения РИФ на флуоресцентных изображениях MOSTLIT использует двухэтапный алгоритм, основанный на методах компьютерного зрения и глубокого обучения. Такой подход позволяет значительно ускорить обработку данных, свести к минимуму ошибки, связанные с человеческим фактором, и получить изображения отдельных клеток с выявленными фокусами. Кроме того, веб-сервис предоставляет исходные изображения с пронумерованными клетками и аналитическую информацию, такую как площадь клеток, количество РИФ в каждой клетке и др. Все результаты доступны для скачивания в удобном текстовом формате, обеспечивая тем самым гибкость и совместимость с различными программными средствами статистической обработки данных.

Интерфейс веб-сервиса MOSTLIT

Разработка MOSTLIT ориентирована на растущие потребности ученых в анализе повреждений ДНК. Благодаря масштабируемой архитектуре сервиса разработчики способны расширять его функционал на основе обратной связи от пользователей. Такой итеративный подход к разработке обеспечивает долгосрочную актуальность и эффективность сервиса для научного сообщества.

«MOSTLIT призван значительно ускорить анализ радиационно-индуцированных фокусов в ядрах клеток, автоматизируя обработку экспериментальных данных, — комментирует Оксана Стрельцова. — В настоящее время анализ данных часто занимает несколько месяцев, требуя ручного подсчета и участия нескольких человек. Разрабатываемый сервис позволяет значительно сократить время обработки данных, обеспечив возможность быстрого анализа и построения статистических зависимостей».

Новый веб-сервис разработан и функционирует на базе экосистемы ML/DL/HPC Гетерогенной вычислительной платформы HybriLIT и доступен по адресу https://mostlit.jinr.ru для зарегистрированных пользователей, подключенных к сети Объединенного института ядерных исследований.