Модельные микроорганизмы, такие как Escherichia coli, приковывают к себе все внимание ученых, в то время как большинству известных бактерий посвящено лишь небольшое количество публикаций.
Пол Дженсен, биолог микробных систем из Мичиганского университета, решил проверить, могут ли инструменты искусственного интеллекта (ИИ), такие как большие языковые модели, обобщить исследования различных микроорганизмов. Он нашел все соответствующие работы по бактериям, которые изучает его лаборатория, - вызывающим кариес Streptococcus sobrinus - но обнаружил, что уже прочитал их все, в общей сложности несколько десятков.
Многие микробиологи окажутся в подобном положении, если не хуже. В исследовании, опубликованном на прошлой неделе на сервере препринтов bioRxiv, Дженсен показал, что на долю всего десяти видов бактерий приходится половина всех публикаций, в то время как почти три четверти всех именованных бактерий не имеют ни одной статьи, посвященной им. «Мы конечно многое узнали о небольшом количестве видов», - говорит Дженсен. Но «для многих бактерий нет ничего, что можно было бы использовать в языковой модели или обобщить с помощью искусственного интеллекта». По словам исследователя, особенно мало изучены микробы, важные для здоровья человека и Земли.
Как и другие ученые, микробиологи изучают модельные организмы в надежде, что выводы, сделанные на примере таких любимцев лаборатории, как кишечная палочка, окажутся полезными и для других организмов. Во многих случаях так оно и есть: основы молекулярной биологии заложены в экспериментах с кишечной палочкой. Но по мере того как ученые расширяют каталог микроорганизмов с каждым мазком кожи, образцом кала или почвы, который они исследуют, растет шанс обнаружить что-то новое.
Эти 20 видов бактерий являются предметом большинства научных публикаций. Более того, половина всех статей посвящена всего лишь 10 видам. Иллюстрация: nature.com
Чтобы количественно оценить предвзятое отношение микробиологов к небольшому числу модельных организмов, Дженсен обратился к базе данных 43 409 уникальных видов бактерий и подсчитал количество статей, индексируемых в PubMed - хранилище биомедицинской литературы США, - в которых каждый вид упоминается в названии или аннотации. Неудивительно, что на первом месте оказалась E. coli - более 312 000 публикаций, что составляет 21% от общего числа. Остальные представители первой десятки состоят в основном из человеческих патогенов, таких как Staphylococcus aureus, Mycobacterium tuberculosis и Helicobacter pylori. Но 74% видов бактерий не были упомянуты ни в названии, ни в аннотации ни одной индексируемой статьи. За последние 25 лет разрыв между известными и изученными бактериями также увеличился, отчасти благодаря исследованиям микробиома, в ходе которых микроорганизмы подвергаются массовому секвенированию.
Никола Сегата, специалист по микробиому из Университета Тренто в Италии, обескуражен выводами исследования, но не удивлен. За одним-двумя исключениями, микробы, в изобилии присутствующие в микробиоме здорового человека, не попали в список 50 наиболее изученных бактерий. А многие важные для здоровья человека микроорганизмы, обнаруженные Сегатой и другими исследователями, даже не были названы, не говоря уже об их изучении. «Этим видам еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем они будут изучены на том уровне, которого заслуживают», - добавляет он. Микробы, обитающие в разнообразных экосистемах, таких как океаны и почва, также явно недостаточно изучены, отмечает Бретт Бейкер, эколог-микробиолог из Техасского университета. «Ни один из доминирующих в природе организмов не попал в этот список», - говорит он. «Это проблема».
Исправить предвзятое отношение к публикациям в бактериологии будет нелегко, но это необходимо, чтобы воспользоваться преимуществами исследований микробиома, считают исследователи. Одна из проблем заключается в культивировании малоизученных микробов в лабораторных условиях: E. coli стала популярной отчасти потому, что ее легко культивировать. Многие из наиболее изученных микробов обладают этой особенностью. Дженсен с оптимизмом смотрит на то, что ученые смогут научиться культивировать важные, но малоизученные микробы. Бейкер считает, что микробиологи могли бы черпать вдохновение в природе и изучать созданные в лаборатории микробные комбинации: «Часто эти существа не хотят жить в одиночку», - говорит он.
Крупномасштабные усилия также могут восполнить пробелы. Некоммерческая организация Align to Innovate, занимающаяся открытыми научными исследованиями, только что приступила к реализации проекта стоимостью 1 миллион долларов США по описанию роста 1000 микробов в 1000 индивидуальных условиях, с различными уровнями питательных веществ, кислорода и температуры, рассказывает руководитель проекта Шанталь Аль Хабиб. Данные будут находиться в свободном доступе для ученых и могут помочь в обучении моделей искусственного интеллекта, чтобы получить дополнительные сведения о жизни микроорганизмов.
Дженсен, который также участвует в проекте Align to Innovate, говорит, что микробиологам не стоит отказываться от таких модельных организмов, как кишечная палочка, в пользу более экзотических видов. Но, добавляет он, «если мы будем продолжать заниматься микробиологией в том же духе, то пройдет 10 000 лет, прежде чем мы сможем хорошо понять всех других микробов».
