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      機(jī)器學(xué)習(xí)識(shí)別結(jié)核病細(xì)菌中的抗生素抗性基因
      
			
      
				2019-03-14 11:23:11
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			  來(lái)源：
			
      
		
      
				
		
      
			
      加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種方法，利用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)識(shí)別和預(yù)測(cè)哪些基因使傳染性細(xì)菌對(duì)抗生素具有抗性。該方法對(duì)結(jié)核分枝桿菌菌株進(jìn)行了測(cè)試- 結(jié)核分枝桿菌是導(dǎo)致人類結(jié)核病(TB)的細(xì)菌。它在這些細(xì)菌中鑒定了33種已知和24種新的抗生素抗性基因。
      

      機(jī)器學(xué)習(xí)識(shí)別結(jié)核病細(xì)菌中的抗生素抗性基因
      

      研究人員表示，該方法可用于其他引起感染的病原體，包括導(dǎo)致尿路感染，肺炎和腦膜炎的葡萄球菌和細(xì)菌。這項(xiàng)工作最近發(fā)表在Nature Communications上。
      

      “了解哪些基因賦予抗生素耐藥性可能會(huì)改變未來(lái)傳染病的治療方式，”聯(lián)合資深作者，加州大學(xué)圣地亞哥分校生物工程系研究科學(xué)家Jonathan Monk說(shuō)。“例如，如果臨床上持續(xù)感染結(jié)核病，醫(yī)生可以對(duì)該菌株進(jìn)行測(cè)序，查看其基因并找出它對(duì)哪種抗生素具有抗藥性以及哪些抗生素易感，然后為該菌株開(kāi)出正確的抗生素。”
      

      “這可能為您的病原體提供個(gè)性化治療的機(jī)會(huì)。每種菌株都不同，應(yīng)該采取不同的治療方式，”聯(lián)合資深作者，加州大學(xué)圣地亞哥雅各布斯工程學(xué)院生物工程學(xué)教授Bernhard Palsson說(shuō)。“通過(guò)這種機(jī)器學(xué)習(xí)分析泛基因組 - 細(xì)菌物種所有菌株中所有基因的完整集合 - 我們可以更好地理解使這些菌株不同的特性。”
      

      團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練使用所述基因組序列和表型-的可以觀察到的物理特性或特征，諸如抗生素機(jī)器學(xué)習(xí)算法電阻 -of超過(guò)1500個(gè)菌株的結(jié)核分枝桿菌。根據(jù)這些輸入，該算法預(yù)測(cè)了一組基因和這些基因的變體形式，稱為等位基因，導(dǎo)致抗生素抗性。33個(gè)用已知的抗生素抗性基因驗(yàn)證，其余24個(gè)是尚未經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的新預(yù)測(cè)。
      

      研究人員進(jìn)一步分析了該算法的預(yù)測(cè)，并確定了可能相互作用并使菌株具有抗生素抗性的等位基因組合。他們還將這些等位基因定位于結(jié)核分枝桿菌蛋白的晶體結(jié)構(gòu)上(發(fā)表于Protein Data Bank)。他們發(fā)現(xiàn)這些等位基因中的一些出現(xiàn)在蛋白質(zhì)的某些結(jié)構(gòu)區(qū)域。
      

      “我們進(jìn)行了相互作用和結(jié)構(gòu)分析，以深入挖掘和開(kāi)發(fā)更復(fù)雜的假設(shè)，了解這些基因如何對(duì)抗生素抗性表型產(chǎn)生影響，”第一作者，生物工程博士Erol Kavvas說(shuō)。帕爾森研究小組的學(xué)生。“這些研究結(jié)果可能有助于未來(lái)的實(shí)驗(yàn)研究，探討這些等位基因的結(jié)構(gòu)分組是否在賦予抗生素抗性方面發(fā)揮作用。”
      

      這項(xiàng)研究的結(jié)果都是計(jì)算的，因此該團(tuán)隊(duì)正在尋求與實(shí)驗(yàn)研究人員合作，以測(cè)試該算法預(yù)測(cè)的24個(gè)新基因是否確實(shí)賦予結(jié)核分枝桿菌抗生素抗性。
      

      未來(lái)的研究將涉及將該團(tuán)隊(duì)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法應(yīng)用于主要的傳染性細(xì)菌，即ESKAPE病原體：屎腸球菌，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。作為下一步，該團(tuán)隊(duì)正在將代謝網(wǎng)絡(luò)的基因組規(guī)模模型與其機(jī)器學(xué)習(xí)方法相結(jié)合，以了解抗生素抗性進(jìn)化的潛在機(jī)制。
      
			

			
        
      
			
      
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