利用機器學(xué)習(xí)快速發(fā)現(xiàn)新型有益微生物

提到農(nóng)業(yè)，你會想到什么?拖拉機?玉米地?大紅色谷倉?通常我們不會想到計算機。但是計算機和技術(shù)在使我們的食品系統(tǒng)更加可持續(xù)和可靠方面發(fā)揮著巨大作用。在過去的幾十年里，高科技機械和機器人技術(shù)改變了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。高科技農(nóng)業(yè)使我們的作物對病原體更具抵抗力，收獲時間更加精確，糧食產(chǎn)量更加強勁。下一代測序和機器學(xué)習(xí)現(xiàn)在使基因組水平的高科技進(jìn)步成為可能，尤其是在解開植物與微生物的相互作用時。隨著技術(shù)的進(jìn)步，我們可以利用這些工具來促進(jìn)可持續(xù)的農(nóng)業(yè)實踐。

細(xì)菌、真菌和其他微生物以多種方式幫助植物的生長、發(fā)育和保護，研究人員才剛剛開始了解。眾所周知的微生物保護機制之一是通過微生物-微生物拮抗作用。一些微生物會自然產(chǎn)生殺死其他微生物的化合物。我們稱這些化合物為抗生素或抗真菌劑。利用危害植物病原體的化合物可以創(chuàng)造一種可以保護作物的天然微生物產(chǎn)品。然而，了解與植物相關(guān)的數(shù)千種微生物中的哪一種為宿主提供了這種好處是具有挑戰(zhàn)性的。你怎么知道哪些(哪些)可以提供有益的品質(zhì)?這是 Matthew Biggs 在他最近的Phytobiomes Journal出版物中提出的問題。他的文章，“基因組學(xué)和機器學(xué)習(xí)加速發(fā)現(xiàn)生物防治細(xì)菌”，使用機器學(xué)習(xí)快速發(fā)現(xiàn)具有抗真菌特性的細(xì)菌分離株。

過去，這項任務(wù)可能需要數(shù)年時間。研究人員將在實驗室中使用化學(xué)分析法一次檢測一種微生物的抗真菌特性。這將消耗大量資源并占用研究人員多年。借助 Matthew Biggs 及其同事提出的機器學(xué)習(xí)策略，這項任務(wù)更容易實現(xiàn)。可以同時分析來自數(shù)千種微生物的 DNA，并可以識別出感興趣的候選微生物，從而將微生物庫從數(shù)千種迅速減少到不到 100 種。

機器學(xué)習(xí)使用先前已知的數(shù)據(jù)來預(yù)測新數(shù)據(jù)。這是人工智能的一種自適應(yīng)形式，隨著時間的推移變得更加準(zhǔn)確。Biggs 博士和他的團隊測試并比較了四種不同的計算模型。在預(yù)測細(xì)菌功能之前，每個模型都在數(shù)據(jù)集上進(jìn)行了訓(xùn)練。在比格斯的案例中，他們尋找可以預(yù)防真菌疾病的細(xì)菌。Biggs 博士說：“令人興奮的是，模型不必是完美的。只要模型表現(xiàn)好于隨機，那么它就是有用的。我們的方法使我們能夠更加高效和有效。”

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