機(jī)器學(xué)習(xí)識(shí)別tuberculosis-causing細(xì)菌的抗生素抗性基因

加利福尼亞圣地亞哥大學(xué)的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種方法,使用機(jī)器學(xué)習(xí)識(shí)別和預(yù)測(cè)哪些基因使傳染性細(xì)菌對(duì)抗生素耐藥。測(cè)試的方法對(duì)肺結(jié)核分枝桿菌菌株細(xì)菌導(dǎo)致人類(lèi)肺結(jié)核(TB)。它發(fā)現(xiàn)了33個(gè)已知和24這些細(xì)菌的新抗生素抗性基因。

研究人員說(shuō),這種方法可用于其他病原體的藏污納垢之所,包括葡萄球菌和細(xì)菌,引起尿路感染,肺炎和腦膜炎。最近發(fā)表在《自然通訊工作。

“知道哪些基因賦予抗生素耐藥性可能改變傳染病的治療方式在未來(lái),”文章的第二作者喬納森和尚說(shuō),科學(xué)家在加州大學(xué)圣地亞哥分校生物工程學(xué)系。“例如,如果有一個(gè)持續(xù)感染結(jié)核病的診所,醫(yī)生可以序列,應(yīng)變,看它的基因和找出哪些抗生素抵抗,哪些是容易,然后開(kāi)出正確的抗生素壓力。”

“這可能打開(kāi)個(gè)性化治療你的病原體的機(jī)會(huì)。每一株都是不同的,可能應(yīng)該區(qū)別對(duì)待,”文章的第二作者困擾Bernhard Palsson說(shuō)Galletti加州大學(xué)圣地亞哥分校生物工程教授雅各布斯工程學(xué)院。”通過(guò)這臺(tái)機(jī)器學(xué)習(xí)的分析pan-genome-the成套所有基因的細(xì)菌物種可以更好地理解屬性,使這些菌株不同。”

團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練的一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法利用基因組序列和phenotypes-the身體特征或特征,可以觀察到,如抗生素抗性超過(guò)1500株結(jié)核分枝桿菌。從這些輸入,算法預(yù)測(cè)的一組基因,這些基因變體形式的,稱(chēng)為等位基因,導(dǎo)致抗生素耐藥性。33是驗(yàn)證與已知的抗生素抗性基因,其余24新預(yù)測(cè)尚未實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

研究人員進(jìn)一步分析了算法的預(yù)測(cè)和識(shí)別組合的等位基因相互作用,導(dǎo)致抗生素耐藥菌株。他們也映射這些等位基因在結(jié)核分枝桿菌蛋白質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)(發(fā)表在《蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)銀行)。他們發(fā)現(xiàn),這些等位基因出現(xiàn)在某些蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)區(qū)域。

“我們的確交互性和結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行深挖,為這些基因是如何開(kāi)發(fā)更復(fù)雜的假設(shè)導(dǎo)致抗生素耐藥性表型,”第一作者說(shuō)Erol Kavvas,困擾生物工程博士生在Palsson的研究小組。“這些發(fā)現(xiàn)可以幫助未來(lái)的實(shí)驗(yàn)調(diào)查結(jié)構(gòu)分組是否這些等位基因發(fā)揮作用的抗生素耐藥性的商量。”

這項(xiàng)研究的結(jié)果都是計(jì)算的,所以團(tuán)隊(duì)正在研究與實(shí)驗(yàn)工作人員來(lái)測(cè)試是否24新基因預(yù)測(cè)的算法確實(shí)給予抗生素耐藥性結(jié)核分枝桿菌。

未來(lái)的研究將涉及團(tuán)隊(duì)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法應(yīng)用到的主要傳染性細(xì)菌,被稱(chēng)為ESKAPE病原體:腸球菌都有效,金黃色葡萄球菌,肺炎克雷伯菌、鮑曼不動(dòng)桿菌、銅綠假單胞菌和腸桿菌屬的物種。下一步,公司團(tuán)隊(duì)整合模型的代謝網(wǎng)絡(luò)和他們的機(jī)器學(xué)習(xí)方法來(lái)理解機(jī)制的進(jìn)化的抗生素耐藥性。

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