Sekwencjonowanie genomowe i uczenie maszynowe ujawniają główne źródła zakażeń Salmonellą w USA

Kurczak i warzywa dominują jako przyczyny zachorowań – wyniki dużego badania CDC, FDA i USDA

Salmonella enterica to jedna z głównych przyczyn chorób przenoszonych przez żywność w Stanach Zjednoczonych. Szacuje się, że rocznie dochodzi tam do 1,35 miliona zakażeń, jednak tylko niewielka ich część jest związana z rozpoznanymi ogniskami zakażeń. Większość to przypadki sporadyczne, których źródła trudno ustalić, co stanowi wyzwanie dla działań prewencyjnych.

W odpowiedzi na ten problem CDC, FDA i USDA opracowały nowe podejście analityczne, wykorzystując sekwencjonowanie całego genomu bakterii (WGS) oraz algorytmy uczenia maszynowego. Celem było określenie, które grupy produktów spożywczych najczęściej odpowiadają za zakażenia Salmonellą w populacji USA.

Nowe narzędzia w badaniu źródeł zakażeń

Do budowy modelu wykorzystano dane z 18 661 izolatów bakterii Salmonella, pochodzących z jednoznacznie określonych kategorii żywności, takich jak kurczak, warzywa, wieprzowina czy indyk. Informacje pochodziły m.in. z publicznych baz danych (NCBI) oraz z zasobów CDC, FDA i USDA-FSIS. Ze względu na dominację próbek drobiu, wprowadzono odpowiednie korekty statystyczne, aby uniknąć zniekształceń w analizie.

Algorytm typu random forest, wytrenowany na tych danych, osiągnął bardzo wysoką skuteczność – 91% trafności przypisania próbki do odpowiedniej kategorii żywności, a dla kurczaka skuteczność wyniosła aż 97%. Następnie model zastosowano do analizy 6 470 izolatów od ludzi, u których źródło zakażenia nie było znane.

Najczęstsze źródła zakażeń: kurczak i warzywa

Z analizy wynika, że kurczak był najczęściej przewidywanym źródłem zakażenia – odpowiadał za około 34% przypadków, a warzywa za kolejne 30%. Gdy wzięto pod uwagę jedynie te przypadki, dla których model wykazał wysokie prawdopodobieństwo przypisania (powyżej 50%), udział kurczaka wzrósł do 46%, a warzyw do 27%.

Zależności między serotypami a produktami spożywczymi

Badanie wykazało również powiązania pomiędzy konkretnymi serotypami Salmonelli a rodzajami żywności:

• Enteritidis, Typhimurium, Infantis i Heidelberg – najczęściej występowały w próbkach drobiu,
• Javiana i Newport – dominowały w warzywach,
• 4,[5],12:i:- – wykrywano głównie w wieprzowinie (to oznaczenie techniczne, określające skład antygenów bakterii).

Co istotne, nowe dane pokazują znacznie wyższy udział drobiu w zakażeniach niż wcześniejsze szacunki oparte na danych z ognisk zakażeń (17%). Różnica ta może wynikać z faktu, że wcześniejsze analizy koncentrowały się na żywności w formie gotowej do spożycia, natomiast obecne badanie obejmuje wcześniejsze etapy łańcucha żywnościowego – od produkcji po przetwórstwo.

Ocena modelu i ograniczenia

Model osiągał najwyższą trafność dla najczęściej reprezentowanych kategorii, takich jak kurczak, warzywa, wieprzowina i indyk. W przypadku rzadziej występujących produktów (np. dziczyzny, produktów mlecznych) skuteczność predykcji była niższa, co może wynikać z ograniczonej liczby dostępnych danych.

Aby zwiększyć wiarygodność wyników, naukowcy analizowali tylko te przypadki, dla których model wykazał prawdopodobieństwo przypisania powyżej 50%. Pozostałe – stanowiące 44% przypadków – zaklasyfikowano jako „źródło nieznane”.

Autorzy wskazują też na inne ograniczenia:

• Dane obejmowały jedynie źródła żywnościowe, pomijając inne drogi transmisji, jak woda czy kontakt ze zwierzętami,
• Informacje pochodziły z programu FoodNet, który obejmuje tylko 15% populacji USA,
• Nierównowaga danych wejściowych – mimo korekt – mogła wpływać na wyniki modelu.

Potencjał praktyczny i kierunki dalszych badań

Mimo tych ograniczeń, opracowany model pokazuje, jak zaawansowane narzędzia analizy genetycznej mogą wspierać identyfikację źródeł zakażeń o charakterze sporadycznym. Może on stanowić uzupełnienie klasycznych metod śledzenia ognisk zakażeń i wspomóc priorytetyzację działań kontrolnych w sektorze żywności.

Autorzy badania podkreślają również, że w przyszłości warto rozbudować bazę danych o izolaty pochodzące z innych źródeł – środowiskowych, zwierzęcych czy wodnych – co pozwoliłoby lepiej zrozumieć pełne spektrum transmisji Salmonelli.

Wnioski

Wyniki badania jednoznacznie wskazują, że kurczak i warzywa są najczęstszymi źródłami zakażeń Salmonella enterica w USA – łącznie odpowiadają za ponad 70% przewidywanych przypadków. To sygnał dla instytucji nadzorujących bezpieczeństwo żywności do zintensyfikowania działań prewencyjnych i kontrolnych w tych właśnie obszarach łańcucha dostaw.

Źródło: https://wwwnc.cdc.gov/eid/article/31/4/24-1172_article