Attīsta biosensorus govju mastīta diagnostikai
Kvalitatīva piena ieguvi lopkopības saimniecībās ietekmē dažādi faktori, no kuriem būtiskas negatīvas sekas ir tādai slimībai kā mastīts. Lai to agrīni diagnosticētu un izvēlētos atbilstošu ārstēšanas metodi, LLU Veterinārmedicīnas fakultātes pētnieki iesaistīti SIA “Vet Health Spektrum” vadītā rūpnieciskajā projektā. Tā mērķis ir izstrādāt mākslīgajā intelektā balstītu sistēmu, kas preventīvi varētu signalizēt par iespējamiem govju mastīta gadījumiem ganāmpulkā.
Mastīts ir viena no slimībām, kas piena lopkopībā izraisa būtiskus ekonomiskos zaudējumus: samazinātu izslaukumu, pazeminātu piena kvalitāti, izmaksas par veterinārajiem pakalpojumiem un medikamentiem. Tā ārstēšanai bieži vien tiek pieņemti pārsteidzīgi lēmumi par antibiotiku izmantošanu, taču ne vienmēr slimībai ir bakteriāls ierosinātājs un ne vienmēr ārstēšanā jāizmanto šādi medikamenti. Arī novēlota slimības atklāšana ievērojami samazina atveseļošanās iespēju, rada priekšnosacījumus hroniskām pārmaiņām un noved pie dzīvnieku ģenētiskā potenciāla un audzēšanā ieguldīto resursu zaudēšanas.
Pirms trim gadiem SIA “Vet Health Spektrum” sāka projekta “Mākslīgajā intelektā balstītas sistēmas rūpnieciskais pētījums” īstenošanu, kura aktivitātes tuvojas noslēgumam. Tajā kā partneris iesaistījusies arī LLU Veterinārmedicīnas fakultāte un LLU Biotehnoloģiju zinātniskā laboratorija. Projekta mērķis ir jaunradītas mākslīgajā intelektā balstītās mastīta diagnostikas sistēmas izstrāde, testēšana un validācija, lai veicinātu ražīguma efektivitāti piena lopkopības nozarē un sekmētu nozares attīstību kopumā.
Kā skaidro LLU Veterinārmedicīnas fakultātes profesore Anda Valdovska, zinātnieku atbildībā bija izvērtējuma veikšana par inovatīvās dzīvnieku veselības diagnostiskā skrīninga metodes pielietojumu piena ražošanas saimniecībās, lai pēc iespējas agrīnā stadijā būtu iespējams izvērtēt baktēriju ierosināta mastīta veidošanās risku. Nākotnē šāda pieeja ļautu samazināt antibiotiku izmantošanu mastīta ārstēšanā un rast katrai situācijai piemērotāko ārstēšanas metodi.
“LLU zinātnieku praktiskā darbība balstās uz vadošā partnera izstrādātā biosensora prototipa, kas spēj reģistrēt biosignālu ļoti zemas frekvences elektromagnētisko viļnu spektra diapazonā, piemērošanu govs tesmeņa veselības izvērtējumam. Kopīgi devāmies vairākkārtējās vizītēs uz saimniecībām, lai ar biosensoriem skenētu govis, un tai pašā laikā salīdzinātu iegūtos rezultātus ar veterinārmedicīnas praksē aprobētām klīniskās un laboratoriskās izmeklēšanas metodēm. Sākotnēji ar sensoriem iegūtā informācija nodrošināja tikai vidēju efektivitāti, jo, izmantojot mašīnmācīšanās modeļa trenēšanai un testēšanai tikai konkrētajā mēnesī pieejamos piena somatisko šūnu skaita rādītājus, nevarēja nodrošināt precīzu izvērtējumu citā mēnesī. Tādējādi projekta gaitā tika mainīta metodoloģija un salīdzināti biosensora iegūtie dati ne tikai ar piena paraugos noteikto somatisko šūnu skaitu. Atzīmējot atsevišķi modeļa trenēšanā tos gadījumus, kuros somatisko šūnu skaita paaugstināšanās pienā ir saistāma tieši ar bakteriālu mastīta ierosinātāju klātbūtni, sensora darbības efektivitāte tika uzlabota.
Projekta noslēgumā tika noskaidrots, ka, izmantojot biosensoru, govju grupā līdz pat 93% dzīvnieku iespējams pareizi klasificēt atbilstību konkrētai piena somatisko šūnu līmeņa grupai.” stāsta A. Valdovska.
Pētnieki atklāj, ka izstrādātais biosensors balstās tehnoloģijā, kas fiksē organisma molekulāro procesu stāvokli, balstoties uz šo procesu mijiedarbības izpausmēm dzīvnieka organisma elektromagnētiskajā spektrā, tādējādi izveidotais prototips ļauj datus tieši nolasīt kontaktā ar dzīvnieku. Nosakot biosensora uztverto signālu diagnostisko efektivitāti, ir veikts salīdzinājums vairākos atkārtojumos 34 govju atlases grupā, veicot klīnisko un precīzu laboratorisko mastīta diagnostiku ar aprobētām metodēm. Lai interpretētu novērotās atšķirības starp govju tesmeņa veselības klasisko izvērtējumu un ar biosensora iegūtajiem rezultātiem, ir arī speciāli veikta biosensora testēšana tieši uz biežāk sastopamo bakteriālo mastīta ierosinātāju tīrkultūrām laboratorijas apstākļos. Pētījuma laikā secināts, lai gan sensori spēj konstatēt biosignāla atšķirības starp veselām govīm un govīm ar subklīnisku mastītu, tie vēl nav piemēroti mastīta ierosinātāju ģinšu “atpazīšanai”, līdz ar to plānots turpināt pētījumu, jo izmantotajai pieejai ir liels potenciāls.
Projekta ietvarā arī tiek risināts jautājums par iekārtas izmantošanu lielās rūpnieciska tipa saimniecībās, kur biosensora uztvertais signāls tiktu pārraidīts uz bāzes staciju un mākoņserveri, kur iegūtie dati pēc analīzes būtu savienojami ar ganāmpulka menedžmenta sistēmu.
Projekta īstenošanas norisinās Eiropas Lauksaimniecības fonda lauku attīstībai Latvijas lauku attīstības programmas 2014.-2020.gadam pasākuma “Sadarbība” 16.1. apakšpasākuma “Atbalsts Eiropas Inovāciju partnerības lauksaimniecības ražīgumam un ilgtspējai lauksaimniecības ražīguma un ilgtspējas darba grupu projektu īstenošanai” ietvaros.
Kontaktinformācija par LLU īstenotā pētījuma daļu: Anda Valdovska (Anda.Valdovska@llu.lv) un Ivars Lūsis (Ivars.Lusis@llu.lv ).
