Estudio sobre ADN de microbios: La inteligencia artificial ayuda a monitorear el medio ambiente

Prof. Dr. Thorsten Stoeck (Foto: Koziel/TUK)

Los microorganismos desempeñan un papel clave en los ecosistemas: muestran rápidamente cuándo ocurren cambios en su entorno. Sin embargo, al ser difíciles de identificar, hasta ahora han tenido un papel secundario en la vigilancia del medio ambiente. Junto con investigadores de la Universidad de Ginebra, el biólogo de Kaiserslautern, el profesor Dr. Thorsten Stoeck, ha desarrollado una nueva técnica que utiliza el genoma de los microbios. Con la ayuda de una inteligencia artificial, un algoritmo puede utilizar el material genético de organismos desconocidos para hacer afirmaciones sobre el estado del medio ambiente. El trabajo ha sido publicado en la prestigiosa revista especializada "Trends in Microbiology".

Un exceso de nitrato en nuestros cuerpos de agua o la acidificación de los mares, que afecta, por ejemplo, a los arrecifes de coral, son solo dos ejemplos que muestran cómo el ser humano modifica el medio ambiente. Para prevenir daños lo antes posible, es importante monitorear el estado de los ecosistemas. "Los microorganismos son adecuados como indicadores porque reaccionan de manera muy sensible a estos cambios", dice el profesor Dr. Thorsten Stoeck, quien investiga ecología en la TUK. Sin embargo, hasta ahora, identificarlos requería tiempo y conocimientos especializados.

El año pasado, Stoeck, junto con sus colegas de Ginebra, desarrolló un método que les permite controlar más fácilmente la calidad del agua cerca de las granjas de salmón en Noruega y Escocia. "Nos basamos en secuencias de ADN de los microorganismos", explica Stoeck. "Su material genético es como una huella dactilar que solo puede ser atribuida a una persona. Los resultados están disponibles en poco tiempo". Los biólogos están creando una base de datos en la que se almacenan las huellas genéticas de estos organismos.

Sin embargo, cuando los científicos analizan sus muestras, todavía encuentran secuencias de ADN que no pueden asignar a ninguna especie conocida hasta ahora. "No sabemos aún cuál es su papel en el ecosistema. Por eso, ha sido difícil usarlos como indicadores", dice el profesor Stoeck.

Con el equipo de Tristan Cordier, autor principal del estudio actual, y el profesor Jan Pawlowski de la Universidad de Ginebra, Stoeck ha desarrollado un algoritmo que aprende con la ayuda de inteligencia artificial. Para alimentar el proceso de cálculo con información, los biólogos utilizaron muestras de ADN de varios microbios conocidos. "Conocemos sus roles en el ecosistema y sabemos si sirven más como indicadores de un buen o mal estado", continúa Stoeck. Con estos datos, los investigadores crearon un sistema de referencia. "De esta manera, el algoritmo desarrolló un modelo predictivo en el que también se incluyen los datos de secuencia de los microbios desconocidos".

"El método nos permite monitorear un ecosistema sin necesidad de identificar previamente las especies de microbios que allí se encuentran", resume Stoeck los resultados. Además, la técnica permite detectar nuevas especies. Poco a poco, los científicos también incorporarán valores de nuevas muestras para refinar y hacer más preciso su modelo.

El estudio ha sido publicado en la revista especializada "Trends in Microbiology": "Embracing Environmental Genomics and Machine Learning for Routine Biomonitoring".