AI giúp chống tình trạng kháng kháng sinh ở gà

Các nhà khoa học đã sử dụng học máy để tìm những con đường mới có khả năng nhận diện và điểm ra các bệnh dịch trong các trang trại gia cầm, qua đó giúp giảm thiểu nhu cầu sử dụng kháng sinh trong điều trị bệnh và làm giảm mức độ rủi ro kháng kháng sinh được vận chuyển sang người.

Nghiên cứu này, xuất bản trên tạp chí The ISME Journal, do tiến sĩ Tania Dottorini của trường Thú y, Đại học Nottingham dẫn dắt, “Dissecting microbial communities and resistomes for interconnected humans, soil, and livestock” (Phân tích chi tiết các quần xã vi khuẩn và các resistome cho mối liên kết nối người, đất và vật nuôi) ¹.

Sự gia tăng nhanh chóng số lượng gia cầm nhằm đáp ứng nhu cầu ngày một tăng ở Trung Quốc đã dẫn đến tình trạng sử dụng kháng sinh trên diện rộng và không kiểm soát trong các trang trại. Hiện trạng này đến lượt nó làm gia tăng các trường hợp được chẩn đoán là kháng thuốc (AMR) đáng lo ngại ở động vật và có tiềm năng lan sang người qua đường tiếp xúc trực tiếp, ô nhiễm môi trường và ăn uống.

Với tình trạng kháng kháng sinh đã trở thành một trong những vấn đề nguy hiểm toàn cầu, các chẩn đoán nhanh và hiệu quả lây nhiễm vi khuẩn trong gà nuôi trang trại có thể làm giảm nhu cầu sử dụng kháng sinh, và giảm khả năng lây lan bệnh dịch cũng như AMR.

Trong dự án này, các nhà nghiên cứu ở Nottingham đã thu thập các mẫu lấy từ động vật, người và môi trường ở một trang trại gà ở Trung Quốc và nơi giết mổ. Dữ liệu lớn và phức tạp này đã được phân tích cho các chỉ thị sinh học chẩn đoán mới sẽ giúp dự đoán và dò được lây nhiễm do vi khuẩn gây ra, sự xuất hiện của AMR, và chuyển sang người. Dữ liệu này sẽ cho phép can thiệp sớm và điều trị, giảm thiểu sự lan truyền và nhu cầu về kháng sinh.

Nghiên cứu này đã đem lại ba phát hiện chính. Đầu tiên, một số gene kháng kháng sinh có liên quan về mặt lâm sàng (ARGs) và các yếu tố di truyền cơ động liên kết (các gene kháng kháng sinh có khả năng di chuyển trong các hệ gene và vi khuẩn) đã được tìm thấy ở cả mẫu người và gà thịt. Cụ thể, 11 loại gene kháng kháng sinh quan trọng về mặt lâm sàng, với việc bảo vệ các cấu trúc gene ARG di chuyển được tìm thấy từ các vật chủ khác nhau. Tiến sĩ Dottorini nói “Những điểm tương đồng có thể đã bị bỏ qua nếu như chúng tôi chỉ sử dụng phân tích so sánh thông thường trên quy mô lớn, vốn chứng tỏ trên thực tế là hệ vi sinh vật và các resistome – những gene kháng thuốc ở cả các vi khuẩn gây bệnh và không gây bệnh, đều khác biệt trong những môi trường khác nhau và vật chủ khác nhau. Về tổng thể, phát hiện này cho thấy sự phù hợp xác đáng của việc áp dụng cách phân tích đa tỉ lệ khi phân tách sự tương đồng và khác biệt của các resistome và hệ vi sinh vật trong những môi trường có mối liên kết phức tạp”.

Thứ hai, nghiên cứu cho thấy bằng việc phát triển một cách tiếp cận học máy hiệu quả tích hợp với dữ liệu hệ gene lớn với các phương pháp sinh học phân tử, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy sự tồn tại của các resistome đường ruột gà có tương quan với sự lưu hành AMR trong các trang trại. Các kết quả đó hỗ trợ giả thuyết những tương quan tồn tại giữa các kiểu hình kháng của vi sinh vật hội sinh đơn lẻ và vi khuẩn mang mầm bệnh và các kiểu ARGs trong resistome ở nơi chúng tồn tại.

Cuối cùng, bằng việc sử dụng công nghệ cảm biến và trí tuệ nhân tạo (AI), nhóm nghiên cứu đã khám phá ra là các resistome lõi liên quan đến ARGs đều liên kết chính nó với vô số nhân tố bên ngoài như nhiệt độ và độ ẩm.

Tiến sĩ Dottorini nói, “Ngành công nghiệp thực phẩm đã trở thành một khách hàng lớn của kháng sinh nhưng rủi ro AMR bên trong những môi trường đó vẫn chưa được hiểu biết một cách đầy đủ. Do đó cần thiết để triển khai nhiều nghiên cứu và cải thiện các phương pháp tối ưu các môi trường sống, nơi sự tiếp xúc của vật nuôi và con người, có thể là quá gần. Việc vận hành các trang trại chính xác, giải trình tự DNA hiệu quả về chi phí và sự áp dụng ngày một gia tăng của các công nghệ học máy đem đến những cơ hội phát triển các phương pháp đã đem đến một hiểu biết sâu sắc hơn và định tính hơn về các rủi ro AMR trong các môi trường trang trại”.

Nguyễn  Nhàn tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2022-09-scientists-machine-antibiotic-resistance-farmed.html

https://chile.detailzero.com/health/47820/They-use-%E2%80%98machine-learning%E2%80%99-to-help-combat-antibiotic-resistance-in-farm-chickens.html

——————————————————

1. https://www.nature.com/articles/s41396-022-01315-7