Zespół naukowców opracował nowatorskie narzędzie uczenia maszynowego, które rozwiązuje jedno z najtrudniejszych zagadnień biologii: identyfikację najrzadszych mikroorganizmów na Ziemi. To jak szukanie igły w stogu siana, z tą różnicą, że igła jest mikroskopijna i może skrywać klucz do zrozumienia funkcjonowania ekosystemów naszej planety.
Narzędzie, nazwane ulrb, wykorzystuje sztuczną inteligencję do wykrywania tych ulotnych mikroorganizmów, które mimo swojej znikomej liczebności odgrywają fundamentalną rolę w utrzymaniu zdrowia ekosystemów. Można je porównać do superinteligentnego detektywa, który potrafi odnaleźć cenne perełki wśród miliardów innych drobnoustrojów.
To pionierskie oprogramowanie open-source powstało dzięki współpracy naukowców z Uniwersytetu w Ottawie, Uniwersytetu Dalhousie, Centrum Badań Morskich i Środowiskowych (CIIMAR), Instytutu Bioinżynierii i Nauk Biomedycznych Instituto Superior Técnico oraz Uniwersytetu w Porto. Rozwiązanie to odpowiada na wieloletnie wyzwania w ekologii mikroorganizmów i otwiera nowe możliwości badawcze.
– „To narzędzie rozwiązuje poważny problem w ekologii mikroorganizmów: jak zdefiniować rzadkie mikroorganizmy?” – mówi współautorka badania, prof. Paula Branco z Wydziału Inżynierii Elektrycznej i Informatyki Uniwersytetu w Ottawie. – „Dzięki ulrb stworzyliśmy metodę precyzyjną, elastyczną i zdolną do poprawy ocen bioróżnorodności. Wcześniej niemal zgadywaliśmy, co w świecie mikrobów można uznać za rzadkie. Teraz mamy dokładny sposób na ich identyfikację.”
– „Nasze badania pokazują, że ulrb nie tylko identyfikuje rzadkie mikroorganizmy, ale działa także na danych niezwiązanych z mikrobiologią, takich jak dane z inwentaryzacji drzew,” – wyjaśnia Francisco Pascoal, doktorant w CIIMAR, który przewodził pracom nad pakietem ulrb w języku R w ramach swojej rozprawy doktorskiej. – „Ta wszechstronność czyni z niego potężne narzędzie do zastosowań ekologicznych.”
W pełni komputerowe badanie przetestowało ulrb na różnych zestawach danych mikrobiomu. Oprogramowanie wykazało dużą odporność statystyczną i praktyczne zastosowanie – m.in. w charakterystyce mikrobiomów raf koralowych.
ulrb jest dostępne jako oprogramowanie open-source na platformach CRAN i GitHub, wraz z samouczkami dla użytkowników na całym świecie. Jego wpływ wykracza poza środowisko akademickie, wspierając oceny bioróżnorodności oraz analizy wpływu zmian klimatycznych na społeczności mikroorganizmów.
Projekt rozpoczęty w 2022 roku został niedawno opublikowany w Communications Biology pod tytułem „Definition of the microbial rare biosphere through unsupervised machine learning”, otwierając nowy rozdział w badaniach ukrytego świata mikroorganizmów.
Źródło: Communications Biology
DOI: 10.1038/s42003-025-07912-4
