Projekti

Bakterijske skupnosti igrajo ključno vlogo pri zdravju rastlin. Donos in zdravje pridelkov, ključnih za varnost hrane v luči podnebnih sprememb, stapod vplivom bakterijskih malih molekul (metabolitov), ki pozitivno vplivajo na rast in obrambo rastlinskega gostitelja. Njihovo preučevanje omogočatekočinska kromatografija – masna spektrometrija (ang. liquid chromatography - mass spectrometry, LC-MS), kjer meritve ostajajo neizkoriščenezaradi nepopolne določitve kemijskih struktur, interpretacije rezultatov in težav pri združevanju podatkov iz različnih bioloških vzorcev. V projektu predlagamo razvoj metode strojnega učenja, imenovane MS1-Tools, ki omogoča določanje molekul v splošnih podatkih iz LC-MS. Z meritvami LC-MSna bakterijskih vrstah, ki smo jih izolirali iz krompirja (Solanum tuberosum), načrtujemo prilagoditev modela MS1-Tools za bakterijsko-rastlinskespojine ter odkrivanje novih spodbujevalcev rasti za ta nepogrešljiv prehranski pridelek.

Določanje molekul iz meritev LC-MS je omejeno zaradi pomanjkanja referenčnih meritev (standardov) ter izzivov pri merjenju masnih spektrov zvisoko ločljivostjo in pretočnostjo. Problem je še posebej pereč v kontekstu rastlin vsled njihovega bogatega nabora spojin. MS1-Tools temelji naverjetnostnem strojnem učenju, ki napoveduje molekularne opisnike, povezane z molekulami v trenutnem vzorcu. Ključna inovacija v MS1-Tools jerazvoj modernih pristopov globokega učenja, ki vključujejo učenje z množicami ter »pozornost« (ang. attention), kar omogoča učinkovito učenje zmanjkajočimi, nepopolnimi podatki – tipičen pojav pri LC-MS. Napovedi molekularnih opisnikov tako omogočajo izboljšano napoved molekul alinjihovih vrst v bioloških vzorcih.

Za devetindvajset raznolikih bakterijskih sevov, izoliranih iz listov ali korenin krompirja bomo skupaj z osmimi sevi znanih bakterijskihspodbujevalcev rasti gojili monokulture in z LC-MS izmerili njihove kemijske profile. Veliko število meritev bo omogočalo učenje modela MS1-Toolster hkratno določitev nabora molekul, lastnih bakterijskim sevov. Izpostavitev rastlin izbranim monokulturam bo omogočala določitev molekul, kiizvirajo iz bakterije ali rastline same. S pomočjo MS1-Tools bomo tako določili nove družine molekul, ki spodbujajo rast ter razumeli mehanizme zanove, tržno zanimive in okolju prijazne spodbujevalce rasti.