Во время пандемии COVID-19 мониторинг сточных вод стал популярным среди специалистов в области общественного здравоохранения, которые искали способы отслеживания быстрых мутаций вирусов и моделей их распространения. Но что, если бы существовал способ обнаруживать новые вирусы ещё быстрее — или даже выявлять новые варианты до того, как пациенты осознают, что они больны?
Новое исследование под руководством Университета Невады в Лас-Вегасе (UNLV) приближает эту мечту к реальности, сочетая мониторинг проб сточных вод с искусственным интеллектом. Результаты опубликованы в последнем выпуске журнала Nature Communications.
Ведущий автор исследования, аспирантка UNLV в области неврологии Сяовей Чжуан, разработала алгоритм на основе искусственного интеллекта, который сканирует сточные воды для обнаружения зарождающегося гриппа, респираторно-синцитиального вируса, оспы обезьян, кори, гонореи, Candida auris и других вариантов патогенов — часто до того, как они будут идентифицированы клиническими тестами.
Учёные говорят, что возможность быстрее, чем с помощью существующих методов мониторинга сточных вод, составлять карты возникновения, мутаций и передачи вирусов с помощью ИИ может значительно улучшить способность органов общественного здравоохранения внедрять быстрые целенаправленные меры.
«Представьте себе выявление следующей вспышки ещё до того, как первый пациент обратится в клинику. Это исследование показывает, как мы можем сделать это возможным», — сказал соавтор исследования Эдвин Ох, профессор Невинского института персонализированной медицины в UNLV. «Благодаря использованию ИИ мы можем определить, как патоген эволюционирует, даже не тестируя ни одного человека».
В то время как в исследовании подробно описано, как метод команды на основе ИИ может разделять перекрывающиеся сигналы в сложных наборах данных, его реальная ценность заключается в практическом применении. «Этот инструмент может быть особенно полезен для улучшения эпиднадзора за заболеваниями в сельских общинах, расширяя возможности работников здравоохранения в условиях ограниченных ресурсов», — сказал соавтор исследования и профессор Исследовательского института пустыни Дуэйн Мозер.
Исследовательская группа проверила свою теорию, проанализировав почти 3700 проб сточных вод, собранных на очистных сооружениях сточных вод в Южной Неваде в период с 2021 по 2023 год. Они обнаружили, что система, управляемая искусственным интеллектом, может точно идентифицировать уникальные сигнатуры различных вариантов вируса всего по двум-пяти образцам, что значительно раньше, чем существующие методы.
Предыдущие методы обнаружения в сточных водах требовали предварительных знаний о генетическом составе варианта и в значительной степени зависели от клинических данных пациентов, которые уже прошли тестирование. Хотя эти методы работали хорошо, они были более реактивными — обычно выявляли новые штаммы вирусов после того, как они уже начали широко распространяться в сообществе.
«Мониторинг сточных вод позволил своевременно и активно реагировать на проблемы общественного здравоохранения, отслеживая появление и распространение заболеваний на уровне населения в режиме реального времени», — говорит Чжуан. «Этот новый метод улучшает раннее обнаружение вспышек, позволяя идентифицировать новые угрозы без предварительных знаний или данных о тестировании пациентов, проактивно выявляя закономерности из нескольких проб сточных вод и делая этот инструмент ещё более эффективным для эпиднадзора за общественным здравоохранением в будущем».
С 2021 года четыре учреждения Лас-Вегаса — UNLV, Управление водными ресурсами Южной Невады (SNWA), Медицинский округ Южной Невады и Исследовательский институт пустыни — сотрудничали в создании общедоступной панели мониторинга сточных вод для отслеживания новых случаев COVID-19 и других вирусов.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, является одним из более чем 30 исследований, над которыми эти организации сотрудничали вместе с Клиникой Кливленда Лу Руво, Центром здоровья мозга. И исследователи говорят, что это одно из первых исследований, в котором используется подход на основе ИИ для улучшения «интеллекта» сточных вод.
«Мониторинг сточных вод оказался эффективным инструментом для заполнения критических пробелов в данных и понимания состояния общественного здравоохранения в сообществе», — сказал соавтор исследования Дэниел Джеррити, главный исследователь-микробиолог в SNWA. «Текущие усилия по мониторингу сточных вод являются отличным примером того, как сотрудничество между SNWA, UNLV и другими партнёрами может привести к положительным результатам для местного сообщества и за его пределами».
Предоставлено Университетом Невады в Лас-Вегасе.
Другие новости по теме
- Французская петиция против возвращения пестицида, убивающего пчёл, собрала более миллиона подписей
- Учёные обнаружили скрытые костные структуры в коже австралийских варанов
- «Чудо»-находка: впервые сняты живые кадры загадочного антарктического кальмара
- Почему в Великобритании в 2025 году наблюдается рост численности бабочек
- Астрономы обнаружили загадочный объект во внешней Солнечной системе
- Массивные соляные отложения в Мёртвом море: детальный взгляд на процесс формирования соляных гигантов
- Глаза в небе: использование дронов для защиты наших лесов
- Новейшая технология Японии превращает ваше тело в пульт дистанционного управления для роботов
- Реальные молочные белки без коров: генно-инженерные бактерии прокладывают путь для веганского сыра и йогурта
- Учёные обнаружили, что сперматозоиды нарушают один из самых известных законов физики — закон Ньютона