Нейросети ЛЭТИ распознают бактерии без посева и пробирок

Коллаборация исследователей Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» и Казанского федерального университета совершила прорыв в области клинической микробиологии. Специалисты представили неинвазивную методику идентификации патогенных консорциумов, основанную на принципах гиперспектрального зондирования.

Нейросети ЛЭТИ распознают бактерии без посева и пробирок

Предметом изучения стали бактериальные биопленки – сложноорганизованные микробные колонии, заключенные в экзополисахаридный матрикс. Именно эта слизистая оболочка выступает в роли биологического бронежилета, делая патогенов неуязвимыми для фармакологических препаратов и клеток иммунной системы. В естественных условиях (хирургические раны, поверхности протезов) такие структуры представляют собой полимикробные сообщества. Синергия различных штаммов способна многократно усиливать их резистентность. Классическая дихотомия диагностики – культуральный посев или амплификация ДНК (ПЦР) – требует экспоненциально больше времени, исчисляемого часами либо сутками. Предложенная технология сокращает этот интервал до нескольких минут, исключая этап выделения чистых культур, что является решающим фактором при назначении таргетной терапии.

Физико-математическая суть метода заключается в следующем. Гиперспектральная камера регистрирует диффузное отражение светового потока от анализируемой поверхности сразу в сотнях узких спектральных диапазонов. Формируется уникальный оптический профиль, своего рода «цифровой слепок» жизнедеятельности микроорганизмов. Обработка массивов данных возложена на алгоритмы глубокого машинного обучения. Байесовские вероятностные сети устанавливают корреляционные связи между спектральной сигнатурой и биохимическим составом слизистого слоя. Параллельно свёрточные нейронные сети осуществляют комплексный морфо-спектральный анализ. Примечательно, что спектр гетерогенной биопленки демонстрирует нелинейные интерференции входящих в нее видов, сохраняя при этом уникальные маркеры для последующей деанонимизации каждого компонента.

Верифицированные метрики разработки:

  • Вероятность корректной дифференциации видовой принадлежности пар стандартных возбудителей достигает 0,96–0,99.
  • Порог чувствительности позволяет детектировать наличие всего десяти бактериальных единиц в контролируемой среде.
  • Процедура исключает инвазивное вмешательство, разрушающее естественную структуру образца.
  • Временные затраты на получение результата составляют минуты вместо традиционных дней.
  • Архитектура решения допускает миниатюризацию аппаратной части для создания портативных диагностических сканеров у постели больного.

Проект интегрирован в стратегическую программу развития опорных вузов страны «Приоритет-2030».

Читайте также

Ученые МФТИ создали нейросеть по принципу мозжечка

Ученые МФТИ создали нейросеть по принципу мозжечка

Физики создали почти идентичные фотоны для будущих квантовых сетей

Физики создали почти идентичные фотоны для будущих квантовых сетей

В Китае создали установку, которая производит водород и пресную воду из морской воды

В Китае создали установку, которая производит водород и пресную воду из морской воды

В Сингапуре человекоподобные роботы начнут работать вместе с полицией к 2028 году

В Сингапуре человекоподобные роботы начнут работать вместе с полицией к 2028 году

Ростех представил робота DOKA RC5 для 3D-биопечати кожи

Ростех представил робота DOKA RC5 для 3D-биопечати кожи

ИИ впервые успешно прошел видео-тест Тьюринга в формате живого диалога

ИИ впервые успешно прошел видео-тест Тьюринга в формате живого диалога

Камера «Аквабласт» очищает детали без повреждения металла и резины

Камера «Аквабласт» очищает детали без повреждения металла и резины

Новый метод извлекает до 98% платины из старых автомобильных катализаторов

Новый метод извлекает до 98% платины из старых автомобильных катализаторов

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика

Астрономы впервые нашли планету, «восставшую из пепла» погибшей звезды

Астрономы впервые нашли планету, «восставшую из пепла» погибшей звезды

Лед на северном полюсе Марса оказался намного чище, чем считали ученые

Лед на северном полюсе Марса оказался намного чище, чем считали ученые

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке