Tietotekniikan ja biotutkimuksen yhdistäminen tuotti uuden tavan mitata solujen toimintaa
24. heinäkuuta 2012
Tutkijat Turussa, Jyväskylässä ja Dresdenissä kehittivät yhteistyössä uraauurtavan ohjelmiston.
Solujen ja kudosten kuvantaminen uusilla erikoismikroskoopeilla on merkittävästi edistänyt biotieteellistä ja biolääketieteellistä tutkimusta. Uudet menetelmät sallivat myös elävien solujen tutkimisen. Kymmenen vuoden työ palkittiin huippujulkaisulla.
BioImageXD-ohjelmiston kehittämisestä päävastuun kantanut Pasi Kankaanpää työskentelee nykyisin Turun Biotekniikan keskuksessa ja vastaa keskuksen kuvantamisyksikön toiminnasta. BioImageXD-ohjelmiston kehitystyö alkoi jo 10 vuotta sitten Jyrki Heinon johtamassa tutkimusryhmässä ensin Jyväskylän yliopistossa, vuodesta 2004 Turun yliopistossa ja BioCity Turussa. Tutkimus on jatkunut tiiviinä yhteistyönä Heinon tutkimusryhmän, Varpu Marjomäen tutkimusryhmän (Jyväskylän yliopisto, Bio- ja ympäristötieteiden laitos) ja Daniel Whiten kanssa (Dresden, Max Planck -instituutti). Tutkimus- ja kehitystyötä ovat rahoittaneet Suomen Akatemia (mm. Finnano-ohjelma), Euroopan unioni (7. puiteohjelma, Metafight-projekti) ja Tekes.
BioImageXD-ohjelmiston versio 1.0 on hyväksytty julkaistavaksi alan arvostetuimmassa julkaisusarjassa, Nature Methods -lehdessä. Julkaisu ilmestyy lehden erikoisnumerossa, joka keskittyy erityisesti biolääketieteellisten kuvien informaatiotulvan selvittämiseen, ja jolla tullee olemaan suuri merkitys biolääketieteellisessä tutkimuksessa. UTUonline-julkaisu luonnehtii merkittäväksi saavutukseksi, että suomalainen ohjelmisto on valittu yhdeksi pääkohteeksi tähän erikoisnumeroon.
Vaikka kuvilla itsellään on merkittävä todistusvoima, edellyttää luotettavan tieteellisen tiedon saaminen ilmiöiden mittaamista lukuarvoina, jotka myös mahdollistava matemaattiset laskelmat. Lisäksi erikoismikroskoopeista saatavat kuvat eivät ole sellaisenaan katselukelpoisia, vaan niistä on kyettävä luomaan kolmiulotteisia kuvamalleja. Sopivien tietokoneohjelmistojen puute on jarruttanut tätä kehitystä. Ongelman ratkaisemiseksi tutkijat Turussa, Jyväskylässä ja Dresdenissä asettivat tarkasti määrätyt vaatimukset, jotka kuvantamisen tuottaman tiedon käsittelyssä käytettävän tietokoneohjelmiston pitäisi täyttää. Yksi keskeisistä vaatimuksista oli, että ohjelmiston pitää olla täysin avoin ja vapaasti kaikkien tutkijoiden saatavilla.
– Tältä pohjalta kehitettiin BioImageXD-niminen ohjelmisto, joka monipuolisuudessaan ja avoimuudessaan peittoaa selvästi muut käytössä olevat ohjelmistot, tutkijat kertovat.
Sadat tutkijat ympäri maailman ovat testanneet ohjelmiston koeversiota, ja heidän antamansa palaute on ollut positiivista. Nyt kehitystyö on johtanut varsinaisen ohjelmiston ensimmäisen virallisen version julkaisemiseen.
– BioImageXD-ohjelmiston avulla voidaan esimerkiksi visualisoida, miten solujen pinnalla olevat molekyylit liikkuvat ja laskea, miten ne yhtyvät toisiin molekyyleihin. Ohjelmistolla voidaan myös muun muassa analysoida solun pinnan koostumusta, selvittää syöpäsolujen leviämismekanismeja kolmiulotteisessa ympäristössä, tai laskea virusten ja täsmälääkkeiden solun sisään siirtymisen tehokkuutta. Tällaiset laskelmat eivät ole olleet mahdollisia aiemmin.
Ohjelmiston avulla voidaan helposti luoda myös aivan uusia analyysimenetelmiä ilman ohjelmointitaitoja ja käsitellä samanaikaisesti jopa tuhansia kuvia ja analysoida miljoonia molekyylejä.
Lähteet
muokkaaAiheesta muualla
muokkaa- BioImageXD -sovellus julkaistiin Nature Methods -huippujulkaisussa: Tietotekniikan ja biotutkimuksen yhdistäminen tuotti uuden tavan mitata solujen toimintaa, Jyväskylän yliopisto
- P. Kankaanpää, L. Paavolainen, S. Tiitta, M. Karjalainen, J. Päivärinne, J. Nieminen, V. Marjomäki, J. Heino and D. White (2012) BioImageXD: an open, general-purpose and high-throughput image-processing platform. Nature Methods 9: 683-689.
- Ohjelmiston kotisivut
