Ett forskarlag har utvecklat ett AI-verktyg som identifierar geografiska ursprung för mikroorganismer. Verktyget – som öppnar upp för nya möjligheter inom medicin, epidemiologi och forensik – fungerar som ett satellitnavigationssystem. Men i stället för att leda dig till ditt hotell spårar verktyget ursprunget till de senaste platserna du varit på.

Mikroorganismer är organismer som är osynliga för blotta ögat, till exempel bakterier. Ordet mikrobiom används för att beskriva alla mikroorganismer i en viss miljö. Att fastställa den geografiska källan till ett mikrobiomprov har historiskt varit en stor utmaning. Men i en ny studie som presenteras i den vetenskapliga tidskriften Genome Biology and Evolution presenterar ett forskarlag, lett från Lund, verktyget Microbiome Geographic Population Structure (mGPS). Det är ett unikt instrument som med hjälp av banbrytande AI-teknik kan lokalisera prover till specifika vattenområden, länder och städer. Forskarna upptäckte att många platser har sin unika bakteriepopulation, så när du rör räcket på tågstationen eller busshållplatsen plockar du upp bakterier som sedan kan användas för att koppla dig tillbaka till den exakta platsen.

– Till skillnad från mänskligt dna förändras människans mikrobiom ständigt när vi kommer i kontakt med olika miljöer. Genom att kunna spåra var dina mikroorganismer nyligen har befunnit sig kan vi förstå sjukdomsspridning, identifiera potentiella smittkällor och lokalisera uppkomsten av mikrobiell resistens. Men också få forensiska nycklar som kan användas i kriminalundersökningar, säger biologiforskaren Eran Elhaik vid Lunds universitet, och den som lett den nya studien.

För att förstå hur Elhaiks team kan använda bakterier för att avgöra om du just varit på stranden, stigit av tåget i stadens centrum eller tagit en promenad i skogen måste vi först inse att mikrobiella samhällen, precis som mänskliga befolkningar, uppvisar vissa geografiska spår. En del data finns globalt, medan annan är begränsad till specifika regioner eller miljöer. Forskarna fokuserade i sin studie på de bakterier som fungerar som mikroskopiska fingeravtryck.

– Vi analyserade omfattande dataset med mikrobiomprover från urbana miljöer, jord och marina ekosystem och tränade en AI-modell att identifiera de unika proportionerna av dessa avtryck och koppla dem till geografiska koordinater. Resultatet blev ett mycket kraftfullt verktyg som med imponerande precision kan förutsäga ursprungsplatsen för ett mikrobiomprov, säger Eran Elhaik.

Enligt forskarna möjliggjordes detta genombrott av enorma mängder mikrobiomdata från olika miljöer, inklusive 4 135 prover från kollektivtrafiksystem i 53 städer, 237 jordprover från 18 länder och 131 marina prover från nio vattenområden. Forskarlaget lyckades förutsäga ursprungsstaden för 92 procent av stadsproverna. I Hongkong förutsåg teamet med 82 procents noggrannhet från vilken tunnelbanestation proverna kom och i New York City kunde mGPS särskilja mikrobiomet på en kiosk från ett trappräcke bara en meter bort. Med fler och fler mikrobiomdatamängder i framtiden är Eran Elhaik optimistisk om att detta bara är början på en helt ny era inom forensiken.

– Vi har bara börjat förstå relationen mellan mikroorganismer och miljön. Nu planerar vi att kartlägga mikrobiomet i hela städer, vilket kan förbättra forensiska utredningar och låta oss lära känna organismerna som finns på våra gator, trädgårdar och kroppar, säger han.

Förutom Lunds universitet har Sheffield University och Marine Biological Laboratory USA medverkat i arbetet.

Studien publiceras i tidskriften Genome Biology and Evolution: ”Microbiome Geographic Population Structure (mGPS) Detects Fine-Scale Geography”

För mer information, kontakta:

Eran Elhaik, universitetslektor

Biologiska institutionen, Lunds universitet

046 222 94 19

eran.elhaik@biol.lu.se

Presskontakt

johan.joelsson@science.lu.se

046 222 71 86