Компьютеры учатся распознавать смертельно опасные бактерии

Исследование показало, что машинное обучение может предсказывать штаммы бактерий, которые с высокой вероятностью вызовут вспышки пищевых отравлений.

Исследование, сфокусированное на вредоносных штаммах бактерии E. coli, может помочь органам здравоохранения точнее направлять меры вмешательства и снижать риски для людей.

Ученые из Института Рослина Эдинбургского университета использовали программное обеспечение, которое сравнивает генетическую информацию из образцов бактерий, выделенных как от животных, так и от людей.

Программа обучается распознавать ДНК-сигнатуры, связанные с образцами E. coli, уже вызывавшими вспышки инфекции у людей.

Затем она может выявлять животные штаммы, имеющие эти сигнатуры, которые, следовательно, с большой вероятностью представляют угрозу для здоровья человека.

Большинство штаммов E. coli обитают в кишечнике людей и животных, не вызывая болезней, но E. coli O157 связана с более серьезными инфекциями у человека.

Коровы также являются носителями E. coli O157 и служат основным резервуаром для этих токсичных бактерий. Животные выделяют бактерии с фекалиями, но сами не заболевают. Это затрудняет выявление тех стад и животных, которые несут штаммы, способные вызвать заболевание у людей.

ДНК-сигнатуры

Команда обучила программу на последовательностях ДНК штаммов, выделенных из стад крупного рогатого скота и случаев заражения людей в Великобритании и США.

После обучения компьютер способен предсказать, произошел ли штамм E. coli от коровы или от человека.

Используя этот подход, команда прогнозирует, что менее десяти процентов штаммов E. coli O157 от крупного рогатого скота, вероятно, обладают потенциалом вызвать заболевание у человека.

Меры по предотвращению распространения болезни, такие как вакцины, могут быть направлены на стада с такими штаммами, чтобы минимизировать риск вспышек среди людей.

«Наши выводы указывают на то, что самые опасные штаммы E. coli O157 могут быть очень редкими в резервуаре крупного рогатого скота, что обнадеживает. Исследование подчеркивает потенциал подходов машинного обучения для раннего выявления этих штаммов и предотвращения вспышек этой инфекционной болезни», — говорит профессор Дэвид Галли.

E.coli O157

E. coli O157 вызывает у инфицированных людей спазмы желудка, рвоту и сильную диарею. Недавняя вспышка этого заболевания в Шотландии привела к смерти ребенка и еще 19 случаям серьезного пищевого отравления. Считается, что инфекция произошла от источника непастеризованного сыра.

Исследователи говорят, что их подход можно адаптировать для тестирования образцов других типов бактерий, выделенных от животных, таких как сальмонелла и кампилобактер, чтобы выявлять штаммы с потенциалом вызвать заболевание у человека.

Исследование, финансируемое Food Standards Scotland и Агентством по пищевым стандартам, опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.