Development of a logic regression-based approach for the discovery of host- and niche-informative biomarkers in <i>Escherichia coli</i> and their application for microbial source tracking
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT Microbial source tracking leverages a wide range of approaches designed to trace the origins of fecal contamination in aquatic environments. Although source tracking methods are typically employed within the laboratory setting, computational techniques can be leveraged to advance microbial source tracking methodology. Herein, we present a logic regression-based supervised learning approach for the discovery of source-informative genetic markers within intergenic regions across the Escherichia coli genome that can be used for source tracking. With just single intergenic loci, logic regression was able to identify highly source-specific (i.e., exceeding 97.00%) biomarkers for a wide range of host and niche sources, with sensitivities reaching as high as 30.00%–50.00% for certain source categories, including pig, sheep, mouse, and wastewater, depending on the specific intergenic locus analyzed. Restricting the source range to reflect the most prominent zoonotic sources of E. coli transmission (i.e., bovine, chicken, human, and pig) allowed for the generation of informative biomarkers for all host categories, with specificities of at least 90.00% and sensitivities between 12.50% and 70.00%, using the sequence data from key intergenic regions, including emrKY–evgAS , ibsB–(mdtABCD-baeSR), ompC–rcsDB, and yedS–yedR , that appear to be involved in antibiotic resistance. Remarkably, we were able to use this approach to classify 48 out of 113 river water E. coli isolates collected in Northwestern Sweden as either beaver, human, or reindeer in origin with a high degree of consensus—thus highlighting the potential of logic regression modeling as a novel approach for augmenting current source tracking efforts. IMPORTANCE The presence of microbial contaminants, particularly from fecal sources, within water poses a serious risk to public health. The health and economic burden of waterborne pathogens can be substantial—as such, the ability to detect and identify the sources of fecal contamination in environmental waters is crucial for the control of waterborne diseases. This can be accomplished through microbial source tracking, which involves the use of various laboratory techniques to trace the origins of microbial pollution in the environment. Building on current source tracking methodology, we describe a novel workflow that uses logic regression, a supervised machine learning method, to discover genetic markers in Escherichia coli , a common fecal indicator bacterium, that can be used for source tracking efforts. Importantly, our research provides an example of how the rise in prominence of machine learning algorithms can be applied to improve upon current microbial source tracking methodology.
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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 | 0,002 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 ».