خوارزمية تحدد في ثوان نوع البكتيريا بالدم والمواد الغذائية

طور فريق بحثي من قسم علوم الحاسوب وهندسة المواد في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا KAIST، تقنية جديدة، يمكنها تصنيف أنواع مختلفة من عينات البكتيريا المأخوذة من الدم ومن المواد الغذائية، وذلك في أقل من دقيقة، وبدقة تصل إلى 98٪.

ووفقًا لموقع ”Nanowerk“ للأخبار التكنولوجية، صمم الباحثون في المعهد الكوري الجنوبي التقنية باستخدام برنامج الذكاء الاصطناعي ”التعلم العميق“، والذي تم تدريبه للتعرف على المكونات الجزيئية لأنواع مختلفة من البكتيريا.

ودمج الفريق البحثي الخوارزمية المطورة مع تقنية تستخدم في تحليل الجزيئات، وتسمى ”مطيافية رامان ذات السطح المحسن  SERS“.

وأوضح البروفيسور ”سونغو جو“ المؤلف الرئيس للبحث، أنه وفريقه صمموا النموذج باستخدام شبكة تسمح بتحليل البيانات الطيفية بشكل فردي، وتسمى ”نواة واسعة مزدوجة الفروع DualWKNet“.

وأكد سونغو جو، أن التقنية المطورة أظهرت طريقة بسيطة، وسريعة، وفعالة، لتصنيف إشارات نوعين من البكتيريا الشائعة ووسطهما المضيف، وذلك دون أي إجراءات فصل.

ويمكن للخوارزمية الحاسوبية الجديدة استخراج سمات معينة من المعلومات الطيفية بطريقة التسلسل الهرمي لتصنيف البيانات، حيث حققت خلال الاختبارات دقة تصنيف عالية لكل فئة من البكتيريا ووسطها المضيف.

من جانبه، أكد البروفيسور يون سيك جونغ الباحث المشارك في المشروع، أن التقنية المطورة تقلل من وقت التحليل بشكل كبير، مبينًا أن مشروعهم يهدف إلى إنشاء منصة عالمية للكشف السريع عن البكتيريا، من خلال استخدام برنامج التعلم العميق، وما تسمى ”مطيافية رامان ذات السطح المحسن“.

وكشف ”يون سيك جونغ“ أن الخطوة التالية بعد هذه النتائج تتمثل في استخدام منصتهم لدراسة المزيد من أنواع البكتيريا ووسيطها لبناء مكتبة بيانات تدريبية لأنواع مختلفة من البكتيريا في وسائط إضافية، والتي من شأنها التقليل من أوقات جمع العينات الجديدة والكشف عنها.

يُذكر أن تحديد أنواع مختلفة من البكتيريا يستغرق ساعات، ويتخذ تحليل البكتيريا المأخوذة من مرضى مصابين بعدوى بكتيرية وقتًا أطول، وذلك لتشخيص العدوى بدقة واختيار العلاج المناسب.

وتحدث أمراض البكتيريا جرّاء عدوى بكتيرية مباشرة أو عن طريق التعرض للسموم البكتيرية، وتناول الأطعمة الملوثة، ويمكن أن تسبب أعراضًا مؤلمة وقد تؤدي إلى الوفاة.