Nový nástroj s umělou inteligencí pomáhá určovat bakterie v půdě

Výzkumníci z Hebrejské univerzity v Jeruzalémě a spolupracujících institucí vyvinuli nový nástroj umělé inteligence, který pomáhá identifikovat bakterie ukryté v půdě. Řeší tak problém, s nímž se mikrobiologové a ekologové potýkají dlouhodobě: půda sice obsahuje obrovské množství života, jen malou část z něj se však daří spolehlivě určit.

Půda patří k nejbohatším a zároveň nejhůře prozkoumaným prostředím na Zemi. Žijí v ní nesčetné bakterie, houby a další mikroorganismy, které se podílejí na koloběhu živin, rozkladu organické hmoty nebo zdraví rostlin. Vědci dnes dokážou z půdních vzorků relativně snadno získat DNA těchto organismů. Potíž je v tom, že velká část získaného genetického materiálu zůstává obtížně určitelná. Sekvence se nedaří přiřadit ke známým druhům ani funkcím, a výsledkem je tak spíše změť útržků než přehledný obraz toho, co v půdě skutečně žije.

Právě tuto genetickou mozaiku má nový nástroj pomáhat interpretovat. Využívá k tomu metody umělé inteligence, které dokážou v rozsáhlých genetických datech hledat souvislosti a vzorce, jež by se lidským analytikům a klasickým postupům těžko odhalovaly. Díky tomu se z dosud nezařazených úseků DNA stává užitečná informace o tom, jaké bakterie se v dané půdě nacházejí.

Význam takového přístupu přesahuje samotnou laboratoř. Znalost složení půdních společenstev je důležitá pro zemědělství, ochranu přírody i pochopení toho, jak ekosystémy reagují na změny prostředí. Pokud se podaří lépe rozpoznat, které mikroorganismy v půdě žijí, mohou vědci snáze zkoumat jejich roli, sledovat změny v čase nebo porovnávat různé typy půd. Nástroj tak může posloužit jako pomůcka pro další výzkum v oblastech, kde je dosud k dispozici příliš mnoho dat a příliš málo srozumitelných odpovědí.

Zveřejněné informace se soustředí především na samotný princip nástroje a jeho účel. Podrobnosti o tom, jak přesně funguje, na jakých datech byl trénován nebo jak velkou část dosud neznámé DNA dokáže určit, nejsou v dostupných podkladech uvedeny. Stejně tak není zřejmé, kdy a v jaké podobě bude k dispozici širší vědecké komunitě.

Výzkum z Jeruzaléma zapadá do širšího trendu, kdy se umělá inteligence stále častěji uplatňuje v biologii a genomice. Moderní sekvenační technologie produkují obrovské objemy dat a jejich zpracování je často náročnější než samotné získání vzorků. Algoritmy, které dokážou data třídit, srovnávat a doplňovat chybějící souvislosti, proto mohou pomoci posunout obor dál. U půdní mikrobiologie je to o to cennější, že velká část půdních mikroorganismů se nedá snadno vypěstovat v laboratoři, a tak se o nich vědci dozvídají hlavně z jejich genetického otisku.

Půdní bakterie přitom hrají zásadní roli v procesech, na nichž závisí produkce potravin i stabilita krajiny. Některé podporují růst rostlin, jiné rozkládají odumřelé zbytky a uvolňují z nich živiny, další se podílejí na vázání dusíku nebo ovlivňují odolnost plodin vůči chorobám. Čím přesněji se podaří jednotlivé skupiny rozpoznat, tím lépe lze pochopit jejich vzájemné vztahy a vliv na okolní prostředí.

Autoři nástroje z Hebrejské univerzity v Jeruzalémě a partnerských pracovišť tak přinášejí další způsob, jak nahlédnout do skrytého světa pod našima nohama. Zda a jak rychle se osvědčí v praxi, ukážou další studie a využití v konkrétních projektech. Už samotný cíl, tedy proměnit nesrozumitelnou směs genetických dat v použitelný přehled půdních bakterií, však patří k důležitým výzvám současné mikrobiologie.