Wissenschaftler verwenden KI, um die Geheimnisse der bakteriellen Sprachen zu entschlüsseln.

Ein verbessertes Verständnis der bakteriellen Sprachen bringt uns näher an die Kontrolle und Koordination des Verhaltens von Bakterien. Credit: Ekaterina Osmekhina/Aalto University

Mithilfe von maschinellem Lernen und Laborexperimenten haben Wissenschaftler Einblicke in die verschiedenen Sprachen gewonnen, die Bakterien zur Kommunikation verwenden. Durch das Verständnis der Wege, auf denen Bakterien interagieren und der Umstände, unter denen ihre Kommunikation gestört wird, können Forscher Probleme im Zusammenhang mit antibiotikaresistenten Bakterien angehen und die Entwicklung von Biocomputing-Technologien vorantreiben.

Die Studie baut auf einem früheren Projekt auf, bei dem die Forscher gezeigt haben, dass die Störung der bakteriellen Kommunikation ein effektiver Weg ist, um multiresistente Bakterien zu bekämpfen. Bakterien verwenden kleine Moleküle, um miteinander zu kommunizieren und eine Infektion zu koordinieren. Das Team zeigte, dass die Störung der bakteriellen Kommunikation durch Blockieren dieser Moleküle Entzündungen reduzierte und die Bakterien anfälliger für Antibiotika machte.

Jetzt haben die Forscher die Sprachen, mit denen Bakterien kommunizieren, genauer untersucht. Sie verwendeten eine Kombination aus maschinellem Lernen und Experimenten im Labor, um alle etwa 170 bekannten bakteriellen Sprachen zu untersuchen. Diese Analyse liefert ein Verständnis für die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen den Sprachen, die sowohl zur Störung schädlicher Bakterien als auch zum Aufbau nützlicher "bakterieller Logikschaltungen" verwendet werden können.

Der erste Schritt war eine maschinelle Lernanalyse, die die Sprachen anhand der Struktur ihrer Moleküle in Cluster gruppierte. Die resultierenden Gruppen bestanden aus Sprachen, die sich mehr voneinander ähneln und sich von Sprachen in anderen Gruppen unterscheiden. Dies ist vergleichbar mit menschlichen Sprachen: Englisch, Französisch und Niederländisch gehören zu einer Gruppe von Sprachen, während Arabisch und Hebräisch zu einer anderen gehören, zum Beispiel.

Anschließend zeigte das Team experimentell, dass Bakterien verwandte Sprachen teilweise verstehen können. "Wir haben einen 'bakteriellen Sprachtest' gemacht und festgestellt, dass Bakterien, die sehr ähnliche Sprachen verwenden, einander verstehen können, ähnlich wie ein Niederländer etwas Deutsch verstehen könnte. Wir haben auch die Kommunikation zwischen Bakterien mit sehr unterschiedlichen Sprachen getestet und festgestellt, dass sie einander überhaupt nicht verstehen können - ähnlich wie ein Gespräch zwischen Menschen, die Finnisch, Niederländisch und Arabisch sprechen, nicht weit kommen würde", sagt Christopher Jonkergouw, der Doktorand, der die Studie leitete.

Mit diesen Werkzeugen haben die Forscher gezeigt, dass wir die Verbindungen zwischen bakteriellen Sprachen genau abschätzen und vorhersagen können, ob sie verstanden werden können. Diese Erkenntnisse werden wertvoll sein, um den neuen Behandlungsansatz des Teams weiter zu verfeinern. Sie haben auch Auswirkungen auf die Biotechnologie - bakterielle Sprachen können verwendet werden, um Aufgaben zwischen Gruppen in bakteriellen Gemeinschaften zu koordinieren oder sogar in bakteriellen Mikroprozessoren.