ИИ расшифровывает послание микробов в подходе к тестированию безопасности молока
21.10.2024
Материал прочитан 670 раз и оценен
0
Секвенирование ДНК в сочетании с искусственным интеллектом может обнаружить аномалии, которые сигнализируют о проблемах в молочном производстве, сообщают исследователи
Объединив генетическое секвенирование и анализ микробов в образце молока с искусственным интеллектом (ИИ), исследователи смогли обнаружить аномалии в производстве молока, такие как загрязнение или неразрешенные добавки. Новый подход может помочь повысить безопасность молочных продуктов, по словам авторов исследования из Университета штата Пенсильвания, Корнеллского университета и IBM Research.
В результатах, опубликованных сегодня (10 октября) в mSystems, журнале Американского общества микробиологии, исследователи сообщили, что с помощью данных метагеномики дробовика и ИИ им удалось обнаружить обработанное антибиотиками молоко, которое было экспериментально и случайным образом добавлено в собранные ими образцы молока из цистерн. Для подтверждения своих результатов исследователи также применили свой объяснимый инструмент ИИ к общедоступным, генетически секвенированным наборам данных из образцов молока, что еще раз продемонстрировало надежность нецелевого подхода.
«Это было исследование, подтверждающее концепцию», — сказала руководитель исследования Эрика Ганда, доцент кафедры микробиомов пищевых животных в сельскохозяйственном колледже Пенсильванского государственного университета. «Мы можем изучить данные по микробам в сыром молоке и, используя искусственный интеллект, увидеть, проявляют ли присутствующие микробы такие характеристики, как предпастеризованное, постпастеризованное молоко или полученное от коровы, которую лечили антибиотиками».
Исследователи собрали 58 образцов молока из цистерн и применили различные алгоритмы ИИ для дифференциации базовых образцов и тех, которые представляют потенциальные аномалии, такие как молоко с внешней фермы или молоко, содержащее антибиотики. Это исследование охарактеризовало метагеномы сырого молока — коллекции геномов многих отдельных микробов в образце — с большей глубиной секвенирования, чем любая другая опубликованная работа на сегодняшний день, и продемонстрировало, что существует набор консенсусных микробов, которые, как было обнаружено, являются стабильными элементами во всех образцах.
Ганда пояснил, что результаты исследования свидетельствуют о том, что ИИ может значительно улучшить обнаружение аномалий в производстве продуктов питания, предоставив более комплексный метод, который можно добавить в арсенал ученых для обеспечения безопасности пищевых продуктов.
«Традиционный анализ данных микробного секвенирования, такой как показатели альфа- и бета-разнообразия и кластеризация, не был столь эффективен в дифференциации исходных и аномальных образцов», — сказала она. «Однако интеграция ИИ позволила провести точную классификацию и идентификацию микробных драйверов, связанных с аномалиями».
По словам первого автора исследования Кристен Бек, старшего научного сотрудника IBM Research, микробные системы и цепочка поставок продуктов питания являются идеальным приложением для ИИ, поскольку взаимодействия между микробами сложны и динамичны.
«В цепочке поставок продовольствия также есть множество переменных, которые влияют на сигнал, который мы пытаемся наблюдать», — сказала она. «ИИ может помочь нам отделить сигнал от шума».
Ганда отметил, что, хотя это исследование сосредоточено на производстве молочных продуктов, оно имеет значение для всей пищевой промышленности, добавив, что молоко было выбрано в качестве модели, поскольку это единственный ингредиент, используемый для производства жидкого молока — продукта питания в больших объемах, вызывающего значительную озабоченность в плане мошенничества, особенно в развивающихся странах.
Ганда пояснил, что проблемы с качеством и безопасностью пищевых продуктов могут иметь цепную реакцию по всей цепочке поставок, нанося существенный ущерб здоровью и экономике, поэтому существует значительный интерес к применению как целевых, так и нецелевых методов для выявления ингредиентов или продуктов питания, которые демонстрируют повышенный риск мошенничества, а также проблем с качеством и безопасностью пищевых продуктов.
«Нецелевые методы характеризуют все молекулы, которые могут быть идентифицированы для определения ингредиентов или продуктов, которые отклоняются от „базового состояния“, которое считалось бы нормальным или находящимся под контролем», — сказала она. «Важно, что эти нецелевые методы являются методами скрининга, которые не определяют ингредиент или продукт как небезопасный или фальсифицированный, а скорее предполагают отклонение от нормального состояния, которое должно инициировать последующие действия или расследования».
Ганда отметил, что уникальное исследовательское сотрудничество использовало сильные стороны каждого партнера. Оно включало технологию искусственного интеллекта с открытым исходным кодом IBM, Automated Explainable AI for Omics, для обработки огромных объемов метагеномных данных или всех нуклеотидных последовательностей, выделенных и проанализированных из всех микробов в образцах молока, что позволило идентифицировать микробные сигнатуры, которые традиционные методы часто могут упустить. Опыт исследователей из Корнелла в области молочной науки повысил практическую значимость исследования и его применимость в молочной промышленности, в то время как Центр микробиома One Health Microbiome Center в Институте наук о жизни им. Хака сыграл решающую роль в интеграции микробных данных для более широких приложений в области здравоохранения и безопасности.
В исследовании также приняли участие Ниина Хайминен, Акшай Агарвал, Анна Паола Карриери, Мэтью Мэджвик, Дженнифер Келли и Бан Кавас из IBM Research; Виктор Пилро из Федерального университета Лавраса, Бразилия; и Мартин Видманн из Корнелльского университета.
Министерство сельского хозяйства США поддержало эту работу через Университет штата Пенсильвания.
Настоящим, в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 года, Вы подтверждаете свое согласие на обработку компанией ООО «Концепция связи XXI век» персональных данных: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу в целях продвижения товаров, работ, услуг на рынке путем осуществления прямых контактов с помощью средств связи, продажи продуктов и услуг на Ваше имя, блокирование, обезличивание, уничтожение.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует конфиденциальность получаемой информации. Обработка персональных данных осуществляется в целях эффективного исполнения заказов, договоров и иных обязательств, принятых компанией в качестве обязательных к исполнению.
В случае необходимости предоставления Ваших персональных данных правообладателю, дистрибьютору или реселлеру программного обеспечения в целях регистрации программного обеспечения на Ваше имя, Вы даёте согласие на передачу своих персональных данных.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует, что правообладатель, дистрибьютор или реселлер программного обеспечения осуществляет защиту персональных данных на условиях, аналогичных изложенным в Политике конфиденциальности персональных данных.
Настоящее согласие распространяется на следующие персональные данные: фамилия, имя и отчество, место работы, должность, адрес электронной почты, почтовый адрес доставки заказов, контактный телефон, платёжные реквизиты.
Срок действия согласия является неограниченным. Вы можете в любой момент отозвать настоящее согласие, направив письменное уведомление на адрес: podpiska@vedomost.ru с пометкой «Отзыв согласия на обработку персональных данных».
Обращаем Ваше внимание, что отзыв согласия на обработку персональных данных влечёт за собой удаление Вашей учётной записи с соответствующего Интернет-сайта и/или уничтожение записей, содержащих Ваши персональные данные, в системах обработки персональных данных компании ООО «Концепция связи XXI век», что может сделать невозможным для Вас пользование ее интернет-сервисами.
Давая согласие на обработку персональных данных, Вы гарантируете, что представленная Вами информация является полной, точной и достоверной, а также что при представлении информации не нарушаются действующее законодательство Российской Федерации, законные права и интересы третьих лиц. Вы подтверждаете, что вся предоставленная информация заполнена Вами в отношении себя лично.
Настоящее согласие действует в течение всего периода хранения персональных данных, если иное не предусмотрено законодательством Российской Федерации.
