Jump to content

    

Реверс-инжиниринг ячеек нанопорового секвенатора

Recommended Posts

genseq

Нанопоры (они же - ионные каналы) образуют  белки, встраивающиеся в бислойную липидную мембрану. Мембрана натягивается на лунки, расположенные на верхней стороне сенсорного чипа. Чип содержит 512 каналов усиления и оцифровки сигналов. Но каждый канал (сенсор) имеет мультиплексор и подключается к одной из четырёх лунок. Диаметр лунок точно не помню, но порядка 100 мкм. Причём их края имеют весьма витиеватую форму. По-видимому, для лучшего крепления мембраны и для устранения её смещений на скользкой гидрофобной поверхности. Шаг лунок - порядка 250 мкм. Попытки уменьшения шага ведут к уменьшению сопротивления поверхностного слоя и к протечке тока между соседними лунками. Тем не менее, ONT работает над уменьшением шага. Тем более, что уменьшить размеры активных пикселов - это не проблема.

Обычные бислойные мембраны долго не живут, поэтому используются мембраны из триблоксополимеров. Первоначально их синтезировали в Канаде, но сейчас оксфордцы создали собственное подразделение, занимающееся такими синтезами и оптимизацией структуры мембранных компонентов.  

Что касается ионных каналов, то сейчас используется уже их десятое поколение. А работоспособным оказалось только девятое. Это природные мембранные белки, модифицированные методами белковой инженерии.  

Платиновые электроды чипа подвержены электрокоррозии, поэтому перед нанесением мембран лунки заполняют раствором гексацианоферратов. Хотя сейчас фирма пытается перейти на более устойчивые хлорсеребряные электроды. Электродный раствор над лунками содержит в основном хлорид калия с примесями магния и АТФ. Оптимизация состава всех растворов - это отдельное направление разработки.

В общем, схемотехникам и программмистам не стоит забивать себе голову такими подробностями. Им нужно сделать гаджет для химиков, биохимиков, мембранщиков и прочих биофизиков.

Edited by genseq

Share this post


Link to post
Share on other sites

Herz
1 минуту назад, a123-flex сказал:

Вы его в том числе вором назвали. Значит должны

Я с ним не знаком. С его деятельностью - тоже. Поэтому его вором не называл. И не понимаю, почему "в том числе". И тем более не понимаю, почему должен. Мы обсуждали здесь конкретный взлом чужой разработки. Который я считаю попыткой воровства. Не только чужих идей, но и их реализации.

Share this post


Link to post
Share on other sites

a123-flex
44 минуты назад, Herz сказал:

Я с ним не знаком. С его деятельностью - тоже. Поэтому его вором не называл. И не понимаю, почему "в том числе". И тем более не понимаю, почему должен. Мы обсуждали здесь конкретный взлом чужой разработки. Который я считаю попыткой воровства. Не только чужих идей, но и их реализации.

Если вы считаете что здесь происходит нарушение правил форума, то как модератор вы имеете право и возможность это нарушение прекратить.

В противном случае непонятно чего вам делать в теме, которая вам глубоко неприятна, и не соответствует вашим великим этическим нормам.

 

49 минут назад, genseq сказал:

Нанопоры (они же - ионные каналы) образуют  белки, встраивающиеся в бислойную липидную мембрану. Мембрана натягивается на лунки, 

Ну да, звучит мозголомно)

Я могу платку плисину и меньше программу. Питон мне правда очень нравится)

Однажды я занимался химией пару лет - флюс пытался сделать собственный, но то что Вы описываете - это какой-то дальний космос ((

Share this post


Link to post
Share on other sites

Plain
10 часов назад, a123-flex сказал:

почему так говорите ?

Автору в очередной раз предложили оставить гигантоманию и решить задачу подручными средствами из "Чип и Дип" за пару недель, но автор высказал уверенность, что ничего подходящего там нет.

Share this post


Link to post
Share on other sites

genseq
2 часа назад, Plain сказал:

Автору в очередной раз предложили оставить гигантоманию и решить задачу подручными средствами из "Чип и Дип" за пару недель, но автор высказал уверенность, что ничего подходящего там нет.

Разработчики из Зеленограда пару лет назад уже освоили 30 млн, выделенных на создание отечественного нанопорового секвенатора. Отчитались теоретической проработкой вопроса и созданием моносенсорного усилителя, собранного из подручных средств. Почему-то я предвидел такой исход ещё до начала их работы. Сомневаюсь, что есть смысл снова наступать на те же грабли.

Главная цель - регенерация ячеек (чипов), а не их разработка. Т.е. сосредоточиться нужно не на гонках за лидерами этого рынка, а на хромой козе, позволяющей обскакать конкурентов с их многомиллиардными ресурсами.

Share this post


Link to post
Share on other sites

gte
1 час назад, genseq сказал:

Разработчики из Зеленограда пару лет назад уже освоили 30 млн, выделенных на создание отечественного нанопорового секвенатора. Отчитались теоретической проработкой вопроса и созданием моносенсорного усилителя, собранного из подручных средств.

Потому, что конечной целью было освоение средств, а не результат. Если бы деньги платили за результат, то все было бы по другому.

Цитата

Главная цель - регенерация ячеек (чипов), а не их разработка. Т.е. сосредоточиться нужно не на гонках за лидерами этого рынка, а на хромой козе, позволяющей обскакать конкурентов с их многомиллиардными ресурсами.

Вы неправильно поняли. Вам надо устройство, на котором Вы собираетесь отрабатывать технологию регенерации. При этом Вы хотите сделать полномаштабную копию или аналог электронного существующего устройства - прототипа. При этом, видимо,  еще не зная маштабности задачи.

Вам предложили используя подходящую готовую элементную базу сделать электронное устройство не на весь сенсор, а на его часть (64 ячейки или меньше) и на этой части отрабатывать технологию регенерации.

Не знаю какой бюджет, может просто купить десяток готовых хороших приборов (6517B, Электрометр-измеритель?? ) для измерений и сразу приступить к делу.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

yes
13 hours ago, genseq said:

каждый канал (сенсор) имеет мультиплексор и подключается к одной из четырёх лунок.

это наверно, чтобы набрать требуемое количество работоспособных "нанопор". ну и обеспечить "резерв" для продления срока службы мембраны+сенсор

------------------------

предполагаю, что основное ноу-хау по распознаванию спрятано в питоновской (или в другой - питоновская же официально поддерживается производителем?) программе (она с открытыми исходниками? может она какую-то закрытую базу данных использует?), а не в ПЛИС

так как через пору "пролазит" единовременно 5(?) нуклеотидов и поэтому по току нельзя определить тот самый нуклеотид - наверно нужно "сворачивать" отсчеты со всеми возможными вариантами ДНК - для этого CUDA наверно и нужна. и лезут они с разной скоростью наверно - то есть опорную последовательность нужно еще и по времени, а не по коду искать (классическая задача статистической радиотехники - хе-хе)

в ПЛИС, похоже, какая-то простая интерфейсная логика + криптование, если есть (ну то есть при такой себестоимости изделия запихнуть туда ПЛИС просто "чтоб было" не проблема, а скопировать прибор сложнее). АЦП наверно килогерцовый, даже если их там несколько оцифровывают одновременно, то поток все-равно маленький. справился наверно бы и FX3 без ПЛИС, но скопировать проще было бы

-------------------------

вопрос - а что братья-китайцы, они то уже импортозаместили?

ну и предполагаю, что продавать, даже если не восстановленные ячейки, а предположим полностью отечественную разработку и мембраны и сенсора с прибором, куда-либо кроме близких знакомых не получится, так как наверняка там все патентами защищено 

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Leka

Беглое гугление выдало: Sbornik-Tezisy_DNK_21.pdf

Quote

Следующим шагом стал реверс инжиниринг программного обеспечения, поставляемого с прибором — MinKNOW. Знание электрической схемы прибора сильно упрощало задачу. Внутри программы были найдены специальные функции, позволяющие управлять ячейкой и получать с неё информацию на низком уровне. В текущий момент мы работаем над необходимой графической оболочкой позволяющий управлять чипом на низком уровне людям, не имеющих нужных знаний в области программирования, чтобы передать устройство с улучшенным программным обеспечением ученым, способным на базе этой программы практиковать встраивание новых мембран в чип. 


 

Edited by Leka

Share this post


Link to post
Share on other sites

genseq
1 час назад, Leka сказал:

Беглое гугление выдало: Sbornik-Tezisy_DNK_21.pdf

Сам доклад (конференция "День ДНК - 2021"), тезисы которого Вы "нагуглили", можно посмотреть здесь:

https://rutube.ru/video/2e9404daa14050d27ae1923b6ecfe086/

Другие доклады с этой конференции я выложил здесь:

https://rutube.ru/channel/23593406/

Сейчас верстаю программу конференции "День ДНК - 2022" (23 апреля, Пущино, конференцзал ИТЭБ РАН). Застолбил место для доклада "Адаптация нанопорового секвенатора для изучения трансмембранных ионных каналов", но боюсь, что докладчик откажется от участия по причине отсутствия прогресса у этой разработки.

Edited by genseq

Share this post


Link to post
Share on other sites

Herz
16 часов назад, a123-flex сказал:

непонятно чего вам делать в теме

Пусть будет непонятно. Бывает. Не обязательно это озвучивать.

Share this post


Link to post
Share on other sites

a123-flex
8 часов назад, gte сказал:

Вам надо устройство, на котором Вы собираетесь отрабатывать технологию регенерации. 

Судя по тому что ТС сказал про десятое поколение датчиков, нужны именно эти датчики и именно эта система. Да и запустилась она уже на макете. Питон сверху.

Судя по всему задача в том виде как она поставлена вполне решаемая. Мой программист однажды делал сниффер для китайских чипов - обдалбливал скриптом поочередно адреса чипа, в поисках неописанных регистров, а потом каким-то чудом догнал, что там происходит и как этим пользоваться) Я был в шоке. Правда он примерно представлял что искать - то чего ему не дали в доке, и знал как работают похожие железяки.

Железяка заработала))

6 часов назад, yes сказал:

в ПЛИС, похоже, какая-то простая интерфейсная логика + криптование, если есть (ну то 

Зачем в ПЛИС криптование, если в хосте питон ?

Если там и есть что-то - то фильтрация, и преобразования интерфейсов.

Share this post


Link to post
Share on other sites

genseq
1 час назад, a123-flex сказал:

Зачем в ПЛИС криптование, если в хосте питон ?

Если там и есть что-то - то фильтрация, и преобразования интерфейсов.

Скорее всего, Вы правы. Компания ONT приглашала приложить руку к ПО программистам всего мира на условиях коллаборации с предоставлением им доступа к докам. Поэтому там там всё должно быть достаточно прямолинейно, без заморочек с шифрованием и обфускацией кода.    

Share this post


Link to post
Share on other sites

yes
1 hour ago, a123-flex said:

Зачем в ПЛИС криптование, если в хосте питон ?

питон работает с файлами, а чтобы получить этот файл должна быть "железка" и какие-то драйвера от производителя.

я так понимаю, что автору либо не нужно все-это, его интересует только работа с железкой (получение сырых данных), а за расшифровку генома ответят другие коммунисты. я может не сформулировал опасение : если удасться сделать замену ПЛИС и запись сырых данных с востановленной матрицы, то питон может ничего не расшифровать

Share this post


Link to post
Share on other sites

a123-flex
19 часов назад, yes сказал:

питон работает с файлами, а чтобы получить этот файл должна быть "железка" и какие-то драйвера от производителя.

я так понимаю, что автору либо не нужно все-это, его интересует только работа с железкой (получение сырых данных), а за расшифровку генома ответят другие коммунисты. я может не сформулировал опасение : если удасться сделать замену ПЛИС и запись сырых данных с востановленной матрицы, то питон может ничего не расшифровать

Питон сложно защищать я имею в виду. Поэтому из исполняемого файла хоста легко достать ключи.

Правда декриптовку можно положить в драйвер и тогда да ой.

ТС нужно нечто большее чем у оригинального устройства, на оригинальном железе.

Задачка интересная.

12.11.2021 в 11:04, genseq сказал:

Главная цель - регенерация ячеек (чипов), а не их разработка. Т.е. сосредоточиться нужно не на гонках за лидерами этого рынка, а на хромой козе, позволяющей обскакать конкурентов с их многомиллиардными ресурсами.

Тут не нужно льстить себе) против лома...

Как только Вы начнете скакать слишком успешно, оригинальный продукт подправят, и скачки могут резко прекратиться(

Криптование отличная вещь, оно сделано для того чтобы вы все видели и трогали, а сьесть не могли.

И не только Вы, но и мы((  Вот для таких случаев и нужен Скоробогатов)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.