Công nghệ AI mới theo dõi bạn bằng vi khuẩn bạn mang theo

22/11/2024

Công nghệ AI mới theo dõi bạn bằng vi khuẩn bạn mang theo.

Công cụ AI mGPS của Đại học Lund theo dõi các vị trí gần đây dựa trên dấu hiệu vi khuẩn, hỗ trợ pháp y và dịch tễ học bằng cách liên kết vi khuẩn với nguồn gốc địa lý cụ thể.

Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Lund ở Thụy Điển đã tạo ra một công cụ AI có khả năng theo dõi các địa điểm gần đây nhất mà bạn đã ghé thăm. Không giống như hệ thống dẫn đường truyền thống giúp bạn đến đích, công cụ này xác định chính xác nguồn gốc địa lý của các vi sinh vật. Sáng kiến này cho phép vi khuẩn tiết lộ liệu ai đó vừa mới ghé thăm bãi biển, xuống ga tàu trung tâm thành phố hay đi bộ qua rừng. Điều này mở ra những khả năng mới trong y học, dịch tễ học và pháp y.

Vi sinh vật là những sinh vật, chẳng hạn như vi khuẩn, vô hình với mắt thường. Từ microbiome được sử dụng để mô tả tất cả các vi sinh vật trong một môi trường cụ thể. Việc xác định nguồn gốc địa lý của mẫu microbiome cho đến nay vẫn là một thách thức đáng kể.

Tuy nhiên, trong một nghiên cứu mới, được công bố trên tạp chí nghiên cứu Genome Biology and Evolution, một nhóm nghiên cứu đã trình bày công cụ Microbiome Geographic Population Structure (mGPS). Đây là một công cụ độc đáo sử dụng công nghệ AI đột phá để định vị các mẫu ở các vùng nước, quốc gia và thành phố cụ thể. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nhiều nơi có quần thể vi khuẩn độc đáo và khác biệt. Vì vậy, khi bạn chạm vào lan can ở nhà ga xe lửa hoặc trạm xe buýt, bạn sẽ nhặt được vi khuẩn có thể được sử dụng để xác định chính xác địa điểm đó.

Theo dõi dấu hiệu vi khuẩn để phát hiện bệnh tật, nhiễm trùng và pháp y

“Trái ngược với DNA của con người, hệ vi sinh vật của con người liên tục thay đổi khi chúng ta tiếp xúc với các môi trường khác nhau. Bằng cách theo dõi nơi vi sinh vật của bạn đã ở gần đây, chúng ta có thể hiểu được sự lây lan của bệnh tật, xác định các nguồn lây nhiễm tiềm ẩn và xác định vị trí xuất hiện của tình trạng kháng thuốc của vi khuẩn. Việc theo dõi này cũng cung cấp chìa khóa pháp y có thể được sử dụng trong các cuộc điều tra tội phạm”, Eran Elhaik một nhà nghiên cứu sinh học tại Đại học Lund, người đứng đầu nghiên cứu mới này cho biết.

Để hiểu cách nhóm của Eran Elhaik có thể sử dụng vi khuẩn để xác định xem bạn vừa mới đến đâu. Trước tiên chúng ta phải nhận ra rằng các cộng đồng vi khuẩn, giống như quần thể con người, hiển thị các dấu vết địa lý cụ thể. Một số dữ liệu mang tính toàn cầu, trong khi các dữ liệu khác bị giới hạn ở các khu vực hoặc môi trường cụ thể. Trong nghiên cứu của mình, các nhà nghiên cứu tập trung vào các vi khuẩn hoạt động giống như dấu vân tay hiển vi.

“Chúng tôi đã phân tích các tập dữ liệu mở rộng về các mẫu vi sinh vật từ môi trường đô thị, đất và hệ sinh thái biển và đào tạo một mô hình AI để xác định tỷ lệ khác biệt của các dấu vân tay này và liên kết chúng với tọa độ địa lý. Kết quả hóa ra là một công cụ rất mạnh mẽ có thể xác định chính xác vị trí nguồn của mẫu vi sinh vật với độ chính xác ấn tượng” Eran Elhaik cho biết.

Kiểm tra độ chính xác của công cụ trong môi trường đô thị

Theo các nhà nghiên cứu, bước đột phá này được thực hiện nhờ khối lượng dữ liệu vi sinh vật khổng lồ từ nhiều môi trường khác nhau, bao gồm 4.135 mẫu từ hệ thống giao thông công cộng tại 53 thành phố, 237 mẫu đất từ 18 quốc gia và 131 mẫu biển từ chín vùng nước. Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc xác định chính xác nguồn gốc thành phố cho 92 phần trăm các mẫu thành phố.

Tại Hồng Kông, nhóm nghiên cứu đã xác định chính xác 82 phần trăm vị trí ga tàu điện ngầm nơi các mẫu vật được lấy ra. Và tại Thành phố New York, mGPS có thể phân biệt giữa hệ vi sinh vật của một ki-ốt và lan can chỉ cách đó một mét. Với khối lượng dữ liệu hệ vi sinh vật ngày càng tăng trong tương lai, Eran Elhaik lạc quan rằng đây chỉ là khởi đầu của một kỷ nguyên hoàn toàn mới trong khoa học pháp y.

“Chúng ta mới chỉ bắt đầu hiểu được mối quan hệ giữa vi sinh vật và môi trường. Hiện chúng tôi đang lập kế hoạch, lập bản đồ hệ vi sinh vật của toàn bộ thành phố, điều này có thể thúc đẩy các cuộc điều tra pháp y và giúp chúng ta biết được các sinh vật sống trên đường phố, khu vườn, da và cơ thể của chúng ta”, ông nói.

Tài liệu tham khảo: “Cấu trúc quần thể địa lý của hệ vi sinh vật (mGPS) phát hiện địa lý quy mô nhỏ” của Yali Zhang, Leo McCarthy, S Emil Ruff và Eran Elhaik, ngày 07 tháng 10 năm 2024, Genome Biology and Evolution.

Link: https://doi.org/10.1093/gbe/evae209 / https://academic.oup.com/gbe/article/16/11/evae209/7814710?login=false