Systematic evaluation of supervised machine learning for sample origin prediction using metagenomic sequencing data
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: The advent of metagenomic sequencing provides microbial abundance patterns that can be leveraged for sample origin prediction. Supervised machine learning classification approaches have been reported to predict sample origin accurately when the origin has been previously sampled. Using metagenomic datasets provided by the 2019 CAMDA challenge, we evaluated the influence of variable technical, analytical and machine learning approaches for result interpretation and novel source prediction. RESULTS: Comparison between 16S rRNA amplicon and shotgun sequencing approaches as well as metagenomic analytical tools showed differences in normalized microbial abundance, especially for organisms present at low abundance. Shotgun sequence data analyzed using Kraken2 and Bracken, for taxonomic annotation, had higher detection sensitivity. As classification models are limited to labeling pre-trained origins, we took an alternative approach using Lasso-regularized multivariate regression to predict geographic coordinates for comparison. In both models, the prediction errors were much higher in Leave-1-city-out than in 10-fold cross validation, of which the former realistically forecasted the increased difficulty in accurately predicting samples from new origins. This challenge was further confirmed when applying the model to a set of samples obtained from new origins. Overall, the prediction performance of the regression and classification models, as measured by mean squared error, were comparable on mystery samples. Due to higher prediction error rates for samples from new origins, we provided an additional strategy based on prediction ambiguity to infer whether a sample is from a new origin. Lastly, we report increased prediction error when data from different sequencing protocols were included as training data. CONCLUSIONS: Herein, we highlight the capacity of predicting sample origin accurately with pre-trained origins and the challenge of predicting new origins through both regression and classification models. Overall, this work provides a summary of the impact of sequencing technique, protocol, taxonomic analytical approaches, and machine learning approaches on the use of metagenomics for prediction of sample origin.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,028 | 0,043 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,003 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,003 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».