Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowali pierwszą na świecie metodę szybkiego rozpoznawania bakterii oraz grzybów na zdjęciach pochodzących z mikroskopów świetlnych. Nowa technologia wykorzystuje głębokie sieci neuronowe i sztuczną inteligencję. Docelowo ma ona wspomagać pracę diagnostów laboratoryjnych i lekarzy, ale będzie mogła być też stosowana w przemyśle, monitorowaniu bezpieczeństwa żywności czy pracach badawczych. Krakowska uczelnia chce możliwie szybko wprowadzić nowe rozwiązanie do użytku klinicznego.

„Dla użytkownika tego rozwiązania wszystko wydaje się być bardzo proste. Do systemu informatycznego należy przesłać zrobione pod mikroskopem zdjęcia mikroorganizmów. W odpowiedzi system generuje raport z wykazem konkretnych gatunków bakterii czy grzybów, które są obecne w badanym materiale. Cała operacja zajmuje nie więcej niż minutę” – tłumaczy dr hab. Bartosz Zieliński, prof. UJ, z Instytutu Informatyki i Matematyki Komputerowej UJ.

 

To, co wydaje się być proste od strony operatora systemu, jest dużo bardziej złożone od strony technologii niezbędnej do uruchomienia takiego rozwiązania. A stoją za nim m.in. głębokie sieci neuronowe oraz blisko dziesięcioletnie rezultaty interdyscyplinarnych prac badawczych prowadzonych pod kierunkiem prof. dr hab. Moniki Brzychczy-Włoch, kierownika Zakładu Molekularnej Mikrobiologii Medycznej UJ oraz dr hab. Bartosza Zielińskiego, prof. UJ, z Instytutu Informatyki i Matematyki Komputerowej UJ.

 

„Wszystko zaczęło się od pomysłu rzuconego przed kilkoma laty, by spróbować połączyć siły zespołu informatyków i mikrobiologów. Zadaliśmy sobie pytanie, czy da się nauczyć sztuczną inteligencję rozpoznawać konkretne gatunki bakterii w obrazach widzianych pod mikroskopem .Na szczęście informatycy podjęli to wyzwanie i dziś mamy technologię, która jest gotowa do testowania w warunkach klinicznych” – mówi prof. dr hab. Monika Brzychczy-Włoch.

 

Nowe rozwiązanie działa dzięki specjalnie zoptymalizowanym głębokim sieciom neuronowym. Nowoczesne technologie pracują w oparciu o obrazy mikroskopowe, przedstawiające gatunki zarówno bakterii, jak i grzybów drożdżopodobnych. System analizuje te obrazy w celu detekcji mikroorganizmów w materiale biologicznym, a także ich precyzyjnej identyfikacji. Jak podkreśla dr hab. Bartosz Zieliński, prof. UJ, jednym z wyzwań na etapie doskonalenia rozwiązania było przystosowanie sieci neuronowych do efektywnej analizy w oparciu o ograniczone ilości danych wejściowych. Co do zasady, sieci neuronowe pracują na ogromnych ilościach danych, tu natomiast zespoły badaczy dysponowały stosunkowo niewielką jak na sieci neuronowe liczbą obrazów klinicznych oraz materiałów z hodowli mikroorganizmów. To wymagało prowadzenia szeregu prac, które adaptowały specyfikę sieci neuronowych na potrzeby tak konkretnego wyzwania.

 

„Pierwsze nasze badania były stosunkowo łatwe i postępowały szybko. Szczególnie gdy rozwiązanie miało identyfikować mikroorganizmy na podstawie fotografii z hodowli ściśle określonych bakterii czy grzybów. Schody pojawiają się jednak w sytuacji, gdy katalog mikroorganizmów, które system może rozpoznać, ulega ciągłemu poszerzaniu, a na zdjęciach z mikroskopu widać duże zagęszczenia wielu typów bakterii. W takich sytuacjach identyfikacja gatunków jest trudna, a dla ludzkiego oka niemożliwa. Dopracowanie algorytmów na tym poziomie i uzyskanie satysfakcjonującego poziomu predykcji, czyli przekraczającego 90 procent, uważam za nasze spore osiągnięcie” – dodaje dr hab. Bartosz Zieliński, prof. UJ.

 

Co ważne, na podstawie analizy obrazu morfologii mikroorganizmów stworzona technologia umożliwia identyfikację do poziomu konkretnego gatunku. Warunek ten jest spełniony, nawet gdy materiał zawiera w sobie kilka typów bakterii. Obecnie system jest w stanie zidentyfikować kilkadziesiąt gatunków bakterii oraz grzybów drożdżopodobnych. Jak zaznaczają twórcy rozwiązania, nie ma ono żadnych ograniczeń jeśli chodzi o dalszy rozwój i zdolności diagnostyczne. Docelowo system rozpozna każdy gatunek, o ile wcześniej się z nim zaznajomi i go nauczy. Dlatego właśnie badacze z UJ budując systemową bibliotekę mikroorganizmów, zaczęli od tych patogenów, które spotykane są najczęściej. Na kolejnych etapach będą „uczyć” system rozpoznawania gatunków, które rzadziej występują w materiałach biologicznych.

 

W opinii badaczy system może skutecznie identyfikować nie tylko bakterie czy grzyby, ale także pierwotniaki, w tym na przykład jednokomórkowe zarodźce malarii. Opracowana technologia może stanowić ciekawą alternatywę dla stosunkowo kosztownych w użyciu narzędzi metod diagnostycznych, takich jak Real-time PCR, MALDI TOF, czy innych metod, które – co warto podkreślić – również nie dają informacji zwrotnej natychmiast. Poza zastosowaniami klinicznymi może się ona sprawdzać również w innych obszarach – w zasadzie wszędzie tam, gdzie konieczne jest prowadzenie mikroskopowych badań pod kątem wykrywania oraz identyfikacji mikroorganizmów.

 

„Opracowany przez nas system może docelowo pełnić funkcję samodzielnego i autonomicznego narzędzia do identyfikowania mikroorganizmów w badanych materiałach biologicznych, jak również może być wsparciem czy uzupełnieniem dla dotychczas stosowanych metod laboratoryjnych. Wszystko zależy od przyjętego w laboratorium modelu. Ważne jest natomiast to, że wynik badania dostarczany jest praktycznie natychmiast od momentu wgrania zdjęcia do systemu. To kluczowa kwestia w sytuacjach, gdy pacjent już ma rozwinięte zakażenie i potrzebna jest szybka diagnoza, na przykład po to, by natychmiast wdrożyć odpowiednie leczenie” – wyjaśnia prof. dr hab. Monika Brzychczy-Włoch.

 

UJ zamierza wprowadzić nową technologię do użytku klinicznego możliwie szybko. Aby to się stało, konieczne jest jednak przeprowadzenie dalszych badań z udziałem klinicznych materiałów biologicznych, a także przejście szeregu procedur wymaganych do dopuszczenia technologii do zastosowania laboratoryjnego. „Do przejścia kolejnych etapów potrzebny nam jest partner branżowy oraz dodatkowe finansowanie badań. Oczywiście nie wykluczamy finansowania prac badawczych z udziałem środków publicznych czy unijnych, ważne jest jednak, by doskonalenie zdolności technologicznej tej metody przeprowadzać z podmiotem branżowym posiadającym odpowiednie doświadczenie. To zdecydowanie przyśpieszy komercjalizację” – ocenia dr hab. inż. Gabriela Konopka-Cupiał, Dyrektor Centrum Transferu Technologii UJ, CITTRU.

 

Opracowane rozwiązanie zostało objęte ochroną prawną na terenie UE. Jak podkreślają twórcy na etapie badania zdolności patentowej wykazano, iż jest to pierwsza tego rodzaju technologia opracowana na świecie.

Sezon na grzyby w pełni. Różne kolory, smaki – borowiki, kurki, rydze – to tylko niektóre wśród wielu gatunków grzybów. Ale czy zaletą jedzenia grzybów są tylko walory smakowe, w jakiej formie powinno się je jadać i komu mogą zaszkodzić? Ewa Glońska-Strączek, psychodietytyk, Polsko-Amerykańskie Kliniki Serca, Grupa American Heart of Poland przedstawia prawdę na temat tych leśnych specjałów.

Istnieje przekonanie, że grzyby są smaczne, jednak nie posiadają żadnych właściwości odżywczych. Jak mówi dietetyk, grzyby mają nie tylko znaczące walory smakowo-zapachowe, ale także wyróżniają się wysoką zawartością wielu składników odżywczych.

 

– Główną zawartością grzybów jest woda, stanowi od 70%- 90% masy grzyba. Za to miąższ jest bogaty w wiele cennych wartości odżywczych, szczególnie w białka, ryboflawiny i niacyny – wyjaśnia Ewa Glońska-Strączek.

Białko to ważny składnik naszej codziennej diety.

 

Białko jest bardzo ważne, ponieważ każda komórka ludzkiego ciała składa się z niego

– Tworzy nasze włosy, paznokcie, kości i mięśnie. Odpowiada za wzrost człowieka, jest budulcem mięśni organizmu. Odgrywa również ważną rolę w regulacji hormonów, wytwarzaniu enzymów i przeciwciał, dlatego musi być obecne w naszej diecie. Świeże grzyby zawierają przeciętnie od 1,5 do 3,6% białka, natomiast suszone od 10 aż do 40%. I to właśnie suszone posiadają białka zbudowane z prawie wszystkich znanych nauce aminokwasów w tym egzogennych, czyli takie, które muszą być dostarczane organizmowi w codziennym pożywieniu. Największa zawartość białka jest w grzybach shiitake, doskonale znanych w kuchni orientalnej. Jeśli chodzi o rodzime gatunki to najwięcej łatwo przyswajalnego białka mają prawdziwki i pieczarki. Warto zaznaczyć, inne białko roślinne nie jest tak bogate pod względem aminokwasów jak to zawarte w grzybach – wyjaśniła dietetyk

 

Grzyby korzystnie wpływają na układ nerwowy, zawierają również cenne składniki mineralne

 – Grzyby to źródło glikogenu i witamin z grupy B, dlatego mają dobroczynny wpływ na nasz układ nerwowy. Niektóre gatunki, m.in. kurki, są źródłem prowitaminy A, stąd ich pomarańczowa barwa. Co ciekawe, występuje w nich również witamina D, której nie spotyka się w roślinach zielonych. Ponadto grzyby zawierają głównie potas, który kontroluje ciśnienie krwi, poprawia koncentrację, fosfor oraz magnez. Ilość magnezu w grzybach jest zbliżona do zawartości tego pierwiastka, który znajduje się w świeżych owocach czy warzywach. Spożywanie grzybów to też dobra okazja do wzbogacenia naszego organizmu w wapń – wyjaśniła.

 

W składzie chemicznym niektórych gatunków grzybów (pieczarek, boczniaków, borowików) wykazano obecność beta – glukanów.

– Są to związki, które mobilizują nasz układ odpornościowy, wpływają na obniżenie poziomu cholesterolu LDL we krwi, a także wykazują korzystne działanie w profilaktyce i leczeniu chorób nowotworowych.

 

Grzyby zawierają stosunkowo mało tłuszczu i kwasów tłuszczowych

– Można bezpiecznie je jadać będąc również na diecie odchudzającej – są niskokaloryczne. 100 g świeżych grzybów dostarcza ok. 34 kcal. Mimo tego, że zawierają sporo różnego typu węglowodanów, to są to węglowodany nieprzyswajalne – to dobra informacja również dla cukrzyków – dodała dietetyk.

 

Obróbka termiczna grzybów oraz ich łączenie z innymi produktami są niezwykle ważne

– Unikajmy smażenie grzybów, są nie tylko wyjątkowo kaloryczne, ponieważ chłoną tłuszcz, ale także mogą spowodować problemy żołądkowe, niestrawność i wzdęcia. Najlepszym wyborem będą grzyby gotowane, duszone. Warto do nich dodać takie przyprawy, jak majeranek, tymianek, kminek, czy też rozmaryn – wpływają pozytywnie na trawienie. Nie podawajmy grzybów ze śmietaną, alkoholem, tłustym mięsem, ponieważ wydłuża to czas trawienia zjedzonego przez nas posiłku. Przy wrażliwym żołądku, nie serwujmy ich z warzywami strączkowymi i produktami wzdymającymi np. cebulą – ostrzega ekspert.

 

– Grzyby mają w sobie bardzo dużo związków chitynowych. Ich ściana komórkowa jest z chityny, to wielocukier podobny do celulozy i człowiek nie radzi sobie z jego trawieniem. Dlatego zalegają w żołądku, dając przy tym uczucie pełności, sytości. Warto jednak podkreślić, że poddanie grzybów obróbce termicznej, np. gotowaniu lub duszeniu sprawia, że nie są one aż tak bardzo ciężkostrawne, jak powszechnie się uważa. Dlatego jedzmy je, ale zachowajmy umiar – wspomniała dietetyk.

 

– Na pewno nie mogą spożywać grzybów osoby na nie uczulone. Powinny również ich unikać osoby z chorobami układu pokarmowego, np. z zespołem jelita drażliwego. Tyczy się to również osób starszych, a także kobiet w ciąży i tych, które karmią piersią. Nie mogą ich jeść również osoby u których zdiagnozowano choroby wątroby, trzustki, nerek czy woreczka żółciowego. Zalecenia mówią, że grzyby można podawać dzieciom dopiero od 3 roku życia, a nawet później ze względu na ich delikatny układ pokarmowy – oznajmia dietetyk American Heart of Poland.

 

Jeśli po zjedzeniu grzybów, źle się poczujesz (bóle głowy, biegunka, wymioty), udaj się do najbliższego punktu medycznego. Zabierz ze sobą resztki potrawy, która zawierała grzyby. Przy zatruciu grzybami nie wolno jeść ani pić.

Sezon na grzyby w pełni. Różne kolory, smaki – borowiki, kurki, rydze – to tylko niektóre wśród wielu gatunków grzybów. Ale czy zaletą jedzenia grzybów są tylko walory smakowe, w jakiej formie powinno się je jadać i komu mogą zaszkodzić? Ewa Glońska-Strączek, psychodietytyk, Polsko-Amerykańskie Kliniki Serca, Grupa American Heart of Poland przedstawia prawdę na temat tych leśnych specjałów.

Istnieje przekonanie, że grzyby są smaczne, jednak nie posiadają żadnych właściwości odżywczych. Jak mówi dietetyk, grzyby mają nie tylko znaczące walory smakowo-zapachowe, ale także wyróżniają się wysoką zawartością wielu składników odżywczych.

 

– Główną zawartością grzybów jest woda, stanowi od 70%- 90% masy grzyba. Za to miąższ jest bogaty w wiele cennych wartości odżywczych, szczególnie w białka, ryboflawiny i niacyny – wyjaśnia Ewa Glońska-Strączek.

Białko to ważny składnik naszej codziennej diety.

 

Białko jest bardzo ważne, ponieważ każda komórka ludzkiego ciała składa się z niego

– Tworzy nasze włosy, paznokcie, kości i mięśnie. Odpowiada za wzrost człowieka, jest budulcem mięśni organizmu. Odgrywa również ważną rolę w regulacji hormonów, wytwarzaniu enzymów i przeciwciał, dlatego musi być obecne w naszej diecie. Świeże grzyby zawierają przeciętnie od 1,5 do 3,6% białka, natomiast suszone od 10 aż do 40%. I to właśnie suszone posiadają białka zbudowane z prawie wszystkich znanych nauce aminokwasów w tym egzogennych, czyli takie, które muszą być dostarczane organizmowi w codziennym pożywieniu. Największa zawartość białka jest w grzybach shiitake, doskonale znanych w kuchni orientalnej. Jeśli chodzi o rodzime gatunki to najwięcej łatwo przyswajalnego białka mają prawdziwki i pieczarki. Warto zaznaczyć, inne białko roślinne nie jest tak bogate pod względem aminokwasów jak to zawarte w grzybach – wyjaśniła dietetyk

 

Grzyby korzystnie wpływają na układ nerwowy, zawierają również cenne składniki mineralne

 – Grzyby to źródło glikogenu i witamin z grupy B, dlatego mają dobroczynny wpływ na nasz układ nerwowy. Niektóre gatunki, m.in. kurki, są źródłem prowitaminy A, stąd ich pomarańczowa barwa. Co ciekawe, występuje w nich również witamina D, której nie spotyka się w roślinach zielonych. Ponadto grzyby zawierają głównie potas, który kontroluje ciśnienie krwi, poprawia koncentrację, fosfor oraz magnez. Ilość magnezu w grzybach jest zbliżona do zawartości tego pierwiastka, który znajduje się w świeżych owocach czy warzywach. Spożywanie grzybów to też dobra okazja do wzbogacenia naszego organizmu w wapń – wyjaśniła.

 

W składzie chemicznym niektórych gatunków grzybów (pieczarek, boczniaków, borowików) wykazano obecność beta – glukanów.

– Są to związki, które mobilizują nasz układ odpornościowy, wpływają na obniżenie poziomu cholesterolu LDL we krwi, a także wykazują korzystne działanie w profilaktyce i leczeniu chorób nowotworowych.

 

Grzyby zawierają stosunkowo mało tłuszczu i kwasów tłuszczowych

– Można bezpiecznie je jadać będąc również na diecie odchudzającej – są niskokaloryczne. 100 g świeżych grzybów dostarcza ok. 34 kcal. Mimo tego, że zawierają sporo różnego typu węglowodanów, to są to węglowodany nieprzyswajalne – to dobra informacja również dla cukrzyków – dodała dietetyk.

 

Obróbka termiczna grzybów oraz ich łączenie z innymi produktami są niezwykle ważne

– Unikajmy smażenie grzybów, są nie tylko wyjątkowo kaloryczne, ponieważ chłoną tłuszcz, ale także mogą spowodować problemy żołądkowe, niestrawność i wzdęcia. Najlepszym wyborem będą grzyby gotowane, duszone. Warto do nich dodać takie przyprawy, jak majeranek, tymianek, kminek, czy też rozmaryn – wpływają pozytywnie na trawienie. Nie podawajmy grzybów ze śmietaną, alkoholem, tłustym mięsem, ponieważ wydłuża to czas trawienia zjedzonego przez nas posiłku. Przy wrażliwym żołądku, nie serwujmy ich z warzywami strączkowymi i produktami wzdymającymi np. cebulą – ostrzega ekspert.

 

– Grzyby mają w sobie bardzo dużo związków chitynowych. Ich ściana komórkowa jest z chityny, to wielocukier podobny do celulozy i człowiek nie radzi sobie z jego trawieniem. Dlatego zalegają w żołądku, dając przy tym uczucie pełności, sytości. Warto jednak podkreślić, że poddanie grzybów obróbce termicznej, np. gotowaniu lub duszeniu sprawia, że nie są one aż tak bardzo ciężkostrawne, jak powszechnie się uważa. Dlatego jedzmy je, ale zachowajmy umiar – wspomniała dietetyk.

 

– Na pewno nie mogą spożywać grzybów osoby na nie uczulone. Powinny również ich unikać osoby z chorobami układu pokarmowego, np. z zespołem jelita drażliwego. Tyczy się to również osób starszych, a także kobiet w ciąży i tych, które karmią piersią. Nie mogą ich jeść również osoby u których zdiagnozowano choroby wątroby, trzustki, nerek czy woreczka żółciowego. Zalecenia mówią, że grzyby można podawać dzieciom dopiero od 3 roku życia, a nawet później ze względu na ich delikatny układ pokarmowy – oznajmia dietetyk American Heart of Poland.

 

Jeśli po zjedzeniu grzybów, źle się poczujesz (bóle głowy, biegunka, wymioty), udaj się do najbliższego punktu medycznego. Zabierz ze sobą resztki potrawy, która zawierała grzyby. Przy zatruciu grzybami nie wolno jeść ani pić.