В России создали «умный» метод анализа бактериальных биоплёнок с помощью электронной микроскопии и нейросетей

Учёные из Института органической химии имени Зелинского РАН разработали новый подход к изучению бактериальных биоплёнок.

Как сообщается на сайте Российской академии наук, метод позволяет рассматривать их не как отдельные клетки, а как единую систему взаимодействий и открывает новые перспективы для создания антибактериальных материалов.

Биоплёнки — это сложные сообщества бактерий, которые образуются на различных поверхностях. Они обладают высокой устойчивостью к антибиотикам и играют ключевую роль в развитии хронических инфекций и биозагрязнении. Традиционные методы изучают бактерии по отдельности, что не даёт возможности оценить их коллективное поведение и общую структуру.

Российские учёные предложили представлять биоплёнку в виде графа — математической модели, где каждая бактерия является вершиной, а взаимодействия между ними — рёбрами. Для построения такой модели используются электронная микроскопия и глубокое обучение. Сначала нейросеть Mask R-CNN выделяет отдельные клетки на изображении, а затем модель BINet определяет, взаимодействуют ли они друг с другом, сообщает Hi-Tech Mail

Новый метод позволяет выявлять скрытые закономерности в организации биоплёнок, которые невозможно обнаружить классическими способами. Например, по структуре графа можно определить стадию развития биоплёнки и даже тип поверхности, на которой она формируется. Это даёт возможность прогнозировать рост бактериальных сообществ и оценивать эффективность антимикробных материалов.

Руководитель исследования, академик РАН Валентин Анаников пояснил, что биоплёнку теперь рассматривают как сеть взаимодействующих клеток, а не как набор отдельных бактерий, что позволяет выявлять структурные закономерности и прогнозировать развитие системы. Метод масштабируем и может быть адаптирован для разных типов микроорганизмов и поверхностей. В будущем его планируют дополнить химическими и генетическими данными, чтобы связать структуру биоплёнок с их функциями и устойчивостью. Разработанный подход открывает новые возможности для создания антибактериальных материалов, контроля биозагрязнения и более эффективного лечения инфекций.