Narzędzie mGPS AI Uniwersytetu w Lund śledzi ostatnie lokalizacje w oparciu o sygnatury drobnoustrojów, wspomagając kryminalistykę i epidemiologię, łącząc bakterie z określonym pochodzeniem geograficznym.
Zespół badawczy z Uniwersytetu w Lund w Szwecji stworzył narzędzie AI umożliwiające śledzenie ostatnio odwiedzonych przez Ciebie lokalizacji. W przeciwieństwie do tradycyjnego systemu nawigacji, który pomaga dotrzeć do celu, narzędzie to wskazuje pochodzenie geograficzne mikroorganizmów. Ta innowacja pozwala bakteriom wykryć, czy ktoś niedawno był na plaży, wysiadł na stacji kolejowej w centrum miasta, czy też spacerował po lesie. Otwiera to nowe możliwości w medycynie, epidemiologii i kryminalistyce.
Mikroorganizmy to organizmy, takie jak bakterie, niewidoczne gołym okiem. Słowo mikrobiom jest używane do opisania wszystkich mikroorganizmów w określonym środowisku. Ustalenie geograficznego źródła próbki mikrobiomu było jak dotąd poważnym wyzwaniem.
Jednak w nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie naukowym Biologia i ewolucja genomuzespół badawczy prezentuje narzędzie Struktura geograficzna populacji mikrobiomu (mGPS). Jest to unikalny instrument wykorzystujący przełomową technologię sztucznej inteligencji do lokalizacji próbek w określonych zbiornikach wodnych, krajach i miastach. Naukowcy odkryli, że w wielu miejscach występują unikalne populacje bakterii, więc gdy dotkniesz poręczy na stacji kolejowej lub przystanku autobusowym, wyłapujesz bakterie, które następnie można wykorzystać do powiązania Cię z dokładnym miejscem.
Śledzenie sygnatur drobnoustrojów w przypadku chorób, infekcji i medycyny sądowej
„W przeciwieństwie do człowieka DNAludzki mikrobiom zmienia się nieustannie, gdy wchodzimy w kontakt z różnymi środowiskami. Śledząc, gdzie ostatnio przebywały Twoje mikroorganizmy, możemy zrozumieć rozprzestrzenianie się choroby, zidentyfikować potencjalne źródła infekcji i zlokalizować pojawienie się oporności drobnoustrojów. To śledzenie zapewnia również klucze kryminalistyczne, które można wykorzystać w dochodzeniach karnych” – mówi Eran Elhaik, badacz biologii na Uniwersytecie w Lund, który kierował nowym badaniem.
Aby zrozumieć, w jaki sposób zespół Elhaika może wykorzystać bakterie do ustalenia, czy właśnie byłeś na plaży, wysiadłeś z pociągu w centrum miasta czy spacerowałeś po lesie, musimy najpierw rozpoznać, że społeczności drobnoustrojów, podobnie jak populacje ludzkie, wykazują szczególne ślady geograficzne. Niektóre dane mają charakter globalny, inne zaś są ograniczone do określonych regionów lub środowisk. W swoich badaniach naukowcy skupili się na bakteriach, które zachowują się jak mikroskopijne odciski palców.
„Przeanalizowaliśmy obszerne zbiory danych próbek mikrobiomów ze środowisk miejskich, gleby i ekosystemów morskich oraz wyszkoliliśmy model sztucznej inteligencji, aby identyfikować unikalne proporcje tych odcisków palców i powiązać je ze współrzędnymi geograficznymi. Wyniki okazały się bardzo potężnym narzędziem, które może z imponującą precyzją wskazać miejsce źródłowe próbki mikrobiomu” – mówi Eran Elhaik.
Testowanie precyzji narzędzia w środowisku miejskim
Zdaniem naukowców przełom ten umożliwiła ogromna ilość danych o mikrobiomach z różnych środowisk, w tym 4135 próbek z systemów transportu publicznego w 53 miastach, 237 próbek gleby z 18 krajów i 131 próbek morskich z dziewięciu zbiorników wodnych. Zespołowi badawczemu udało się zlokalizować źródło miejskie w przypadku 92 procent próbek miejskich.
W Hongkongu zespół wskazał 82 procent dokładność stacji metra, z której pochodziły próbki. Natomiast w Nowym Jorku mGPS potrafił rozróżnić mikrobiom kiosku od poręczy znajdujących się zaledwie metr dalej. Eran Elhaik jest optymistą, że wraz ze wzrostem ilości danych dotyczących mikrobiomów w przyszłości będzie to dopiero początek zupełnie nowej ery w kryminalistyce.
„Dopiero zaczęliśmy rozumieć związek między mikroorganizmami a środowiskiem. Planujemy teraz zmapować mikrobiom całych miast, co mogłoby pomóc w dochodzeniach kryminalistycznych i pozwolić nam poznać organizmy zamieszkujące nasze ulice, ogrody, skórę i ciała” – mówi.
Odniesienie: „Struktura geograficzna populacji mikrobiomu (mGPS) wykrywa geografię w drobnej skali”, Yali Zhang, Leo McCarthy, S. Emil Ruff i Eran Elhaik, 7 października 2024 r., Biologia i ewolucja genomu.
DOI: 10.1093/gbe/evae209
