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2022年8月5日，中國科學(xué)院生物物理研究所徐濤課題組，胡俊杰課題組與計算技術(shù)研究所肖立團隊在《Journal of Cell Biology》雜志上合作發(fā)表了題為“DeepContact: High throughput quantification of membrane contact site based on electron microscopy imaging”的方法學(xué)（Tools）文章，針對二維電鏡數(shù)據(jù)開發(fā)了一種基于深度學(xué)習(xí)的細胞器互作高通量統(tǒng)計分析方法，DeepContact。
近十幾年來，細胞器互作位點（membrane contact site, MCS）得到了生物學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。MCS是膜性細胞器之間形成的由蛋白復(fù)合體介導(dǎo)的動態(tài)物理相互作用，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，脂類運輸，細胞器形態(tài)重構(gòu)等方面起到關(guān)鍵作用。然而，因缺乏高效的MCS統(tǒng)計量化工具，細胞器互作領(lǐng)域的發(fā)展受到嚴(yán)重限制。MCS熒光顯微成像因過表達熒光指示系統(tǒng)而引發(fā)不可避免的人為干擾因素。電子顯微鏡可獲取高分辨率細胞器全景圖像，適于挖掘納米尺度多種細胞器相互作用的定量信息。基于深度學(xué)習(xí)的高分辨三維體電鏡數(shù)據(jù)細胞器互作分析方法已然建立起來，但此類前沿方法對設(shè)備，機時，算力要求高，而生物樣本多具有高異質(zhì)性，三維體電鏡難于滿足統(tǒng)計相關(guān)性分析的樣本量需求。基于手動分割的大樣本量二維電鏡數(shù)據(jù)分析可以得出生物學(xué)功能相關(guān)性結(jié)論，但方法在耗費巨大人力的同時無法排除人為主觀判斷的影響。
DeepContact工作流程
DeepContact通過語義分割算法預(yù)測二維電鏡圖片中的不規(guī)則ER網(wǎng)絡(luò)的整體特征，運用實例分割算法預(yù)測形狀規(guī)則細胞器形態(tài)特征，可分割量化細胞器形態(tài)參數(shù)，并通過提取細胞器邊緣信息進一步量化特定細胞器間距上的MCS比率信息。可進行無標(biāo)記輔助的準(zhǔn)確、靈活、直觀、全面的可視化和統(tǒng)計量化結(jié)果輸出，并可通過主動學(xué)習(xí)方法將新細胞器形態(tài)高效的擴展到細胞器預(yù)測模型中。
DeepContact可滿足細胞器互作與生物醫(yī)學(xué)功能相關(guān)性分析的需求。具備高通量樣本分析能力以及組織內(nèi)特異細胞類型分析能力，可擴展應(yīng)用于細胞器互作網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)性研究、以及醫(yī)學(xué)超微病理學(xué)研究。
中國科學(xué)院生物物理研究所徐濤院士、胡俊杰研究員，計算技術(shù)研究所肖立副研究員為本共同通訊作者。徐濤院士課題組博士后劉麗清，肖立團隊碩士研究生楊樹鑫為文共同第一作者。計算技術(shù)研究所碩士研究生劉陽和生物物理研究所生物成像中心李喜霞高級工程師參與了本項工作。電鏡制樣和數(shù)據(jù)收集工作得到了生物物理所生物成像中心相關(guān)工作人員的大力支持和幫助。本項目得到國家自然科學(xué)基金委員會項目，科技部重點研發(fā)計劃和中國科學(xué)院戰(zhàn)略重點研究計劃支持。
文章鏈接：https://rupress.org/jcb/article/221/9/e202106190/213379/DeepContact-High-throughput-quantification-of?searchresult=1
（供稿：徐濤研究組）
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