Bakteriálna „satelitná navigácia“ veľmi presne vysleduje, kde ste boli
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 14. 11. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Pri pohybe po svete prirodzene zachytávame mikroorganizmy a vedci teraz vyvinuli nástroj umelej inteligencie, ktorý vás presne spojí s konkrétnym miestom pomocou vzorky baktérií, ktoré ste nazbierali na svojich cestách. Je to niečo ako bakteriálny satelitný navigačný systém.
Stopy, ako sú vlasy, vlákna, prach zo strelných zbraní a pôda, používajú na forenzné spojenie osoby s konkrétnym miestom, predmetom alebo udalosťou. S uvedomením si, že mnohé miesta majú jedinečné bakteriálne populácie, prichádza myšlienka, že zisťovanie pohybu ľudí pomocou mikroorganizmov, ktoré prirodzene zachytávajú na svojich cestách, by bolo veľmi prospešné pre oblasť medicíny a epidemiológie, nehovoriac o vyšetrovaní trestných činov.
Vedci pod vedením Lundskej univerzity vo Švédsku vyvinuli nástroj, ktorý presne toto dokáže. Pomocou vzorky mikrobiómu - spoločenstva mikroorganizmov, ktoré existuje v určitom prostredí, napríklad na pláži -, ktorú má človek pri sebe, dokáže s prekvapujúcou presnosťou určiť, odkiaľ táto vzorka pochádza.
„Na rozdiel od ľudskej DNA sa ľudský mikrobióm neustále mení, keď prichádzame do kontaktu s rôznymi prostrediami,“ povedal Eran Elhaik, výskumník v oblasti biológie na Lundskej univerzite a autor štúdie. „Sledovaním toho, kde sa vaše mikroorganizmy v poslednom čase vyskytovali, môžeme pochopiť šírenie chorôb, identifikovať potenciálne zdroje infekcie a lokalizovať vznik mikrobiálnej rezistencie. Toto sledovanie poskytuje aj forenzné kľúče, ktoré možno použiť pri vyšetrovaní trestných činov.“
Mikrobiálne spoločenstvá vykazujú špecifické geografické stopy, rovnako ako ľudia. Niektoré údaje z týchto spoločenstiev sú globálne, ale niektoré sú obmedzené na konkrétne regióny alebo prostredia. V tejto štúdii sa výskumníci zamerali na baktérie, ktoré sa správali ako malé odtlačky prstov.
„Analyzovali sme rozsiahle súbory údajov zo vzoriek mikrobiómu z mestského prostredia, pôdy a morských ekosystémov a vycvičili sme model umelej inteligencie na identifikáciu jedinečných podielov týchto odtlačkov a ich prepojenie so zemepisnými súradnicami,“ povedal Elhaik. „Ukázalo sa, že výsledky sú veľmi účinným nástrojom, ktorý dokáže s pôsobivou presnosťou určiť zdrojové miesto vzorky mikrobiómu.“
Umelá inteligencia bola vyškolená na základe obrovského množstva údajov o mikrobiómoch z rôznych prostredí, vrátane 4 135 vzoriek z databázy MetaSUB, ktorá obsahuje genómy mikróbov zozbierané z metra a mestského prostredia v 53 mestách, 237 vzoriek pôdy z 18 krajín a 131 morských vzoriek z deviatich vodných plôch. Výsledný nástroj výskumníci nazvali ako Microbiome Geographic Population Structure (Geografická populačná štruktúra mikrobiómu) alebo mGPS.
Následne vedci tento nástroj otestovali. Nástroj mGPS úspešne určil zdroj v 92 % mestských vzoriek. Výskumníci však zistili, že „najvyššia zhoda medzi predikciami mGPS a vzorkovaním miest bola v prípade miest, ktoré boli dobre zastúpené v tréningovom súbore údajov“. Aby zistili, či regióny s veľkým počtom vzoriek ovplyvnili presnosť nástroja, preškolili model len na 31 mestách s menej ako 100 vzorkami a vypočítali presnosť predpovede 87 %, čo je len o niečo menej ako 92 % presnosť kompletného súboru údajov.
Na posúdenie jemnej presnosti nástroja mGPS ho trénovali na údajoch MetaSUB z troch najrozsiahlejších vzorkovaných miest: New York, Hong Kong a Londýn. V Hong Kongu dokázalo mGPS rozlíšiť dve stanice metra vzdialené od seba 172 metrov. V New Yorku odlíšila kiosk od zábradlia vzdialeného menej ako meter. V Londýne však tento nástroj preukázal nízku presnosť predpovedí, pričom iba polovica vzoriek bola správne priradená k ich geografickým zhlukom. Vedci to pripisovali nečistému stavu londýnskych staníc metra (vzorky boli zozbierané pred pandémiou COVID-19) v porovnaní so stanicami v Hongkongu, ktoré opísali ako „absolútne nepoškvrnené“.
Vedci uviedli, že pridanie údajov o mikrobiómoch počas ich zhromažďovania len vylepší nástroj.
„Len sme začali chápať vzťah medzi mikroorganizmami a životným prostredím,“ povedal Elhaik. „Teraz plánujeme zmapovať mikrobióm celých miest, čo by mohlo byť impulzom pre forenzné vyšetrovanie a umožniť nám spoznať organizmy, ktoré obývajú naše ulice, záhrady, pokožku a telá.“
Štúdia bola nedávno publikovaná v magazíne Genome Biology and Evolution.
