Машинное обучение выявляет устойчивые к антибиотикам бактерии, способные распространяться между животными, людьми и окружающей средой

Специалисты из Ноттингемского университета разработали новое программное обеспечение, которое объединяет секвенирование ДНК и машинное обучение, чтобы помочь определить, где и в какой степени устойчивые к антибиотикам бактерии передаются между людьми, животными и окружающей средой.

Исследование, опубликованное в PLOS Computational Biology, возглавила доктор Тания Дотторини из Школы ветеринарной медицины и науки университета.

Антропогенные среды (пространства, созданные человеком), такие как зоны интенсивного животноводства, рассматриваются как идеальные инкубаторы для устойчивых к противомикробным препаратам бактерий и генов устойчивости, которые способны инфицировать людей и нести резистентность к лекарствам, используемым в медицине. Это может иметь огромные последствия для эффективного лечения определенных заболеваний и инфекций.

В этом новом исследовании команда экспертов изучила крупную коммерческую птицеферму в Китае и собрала 154 образца от животных, туш, работников, их домохозяйств и окружающей среды. Из образцов они выделили специфическую бактерию Escherichia coli (E. coli). Эти бактерии могут безвредно обитать в кишечнике человека, но также могут быть патогенными и нести в геноме гены устойчивости к определенным препаратам, что может привести к заболеваниям, включая сильные желудочные спазмы, диарею и рвоту.

Исследователи использовали вычислительный подход, интегрирующий машинное обучение, полногеномное секвенирование, сети обмена генами и мобильные генетические элементы, для характеристики различных типов патогенов, обнаруженных на ферме. Они обнаружили, что гены устойчивости к противомикробным препаратам присутствовали как в патогенных, так и в непатогенных бактериях.

Новый подход с использованием машинного обучения позволил команде раскрыть целую сеть генов, связанных с устойчивостью к противомикробным препаратам, общих для животных, работников фермы и окружающей их среды. Примечательно, что эта сеть включала как известные гены, вызывающие устойчивость к антибиотикам, так и еще неизвестные гены, связанные с такой устойчивостью.

Доктор Дотторини отмечает, что они «не могут сказать на данном этапе, откуда произошли бактерии, мы можем только сказать, что мы их нашли и что они передавались между животными и людьми. Поскольку мы уже знаем, что передача происходит, это вызывает беспокойство, потому что люди могут приобретать устойчивость к лекарствам двумя разными путями — при прямом контакте с животным или косвенно, употребляя в пищу зараженное мясо. Это может быть особой проблемой в птицеводстве, поскольку это самое широко потребляемое мясо в мире».

«Разработанные нами вычислительные инструменты позволят нам анализировать большие сложные данные из разных источников, одновременно определяя возможные очаги определенных бактерий. Они быстрые, точные и могут применяться в крупных средах — например, на нескольких фермах одновременно».

«Существует множество уже известных генов устойчивости к противомикробным препаратам, но как выйти за их пределы и выявить новые мишени для разработки новых лекарств?»