背景紹介

近年、生物エアロゾル（真菌胞子などを含む）は人類と植物の健康に対して日に日に深刻な脅威を構成しており、正確な監視、研究が切実に必要である。現在、欧州ではHirst人工観測に基づく関連基準が確立されているが、時間消費力、専門家に高度に依存し、個人の影響が大きく、データの発表周期が長いなどの特徴のため、医学、大気物理学、植物保護学などの分野の科学研究者からの需要を満たすことができなくなっている。自動化されたバイオエアロゾルモニタリング装置が期待されている。

バイオエアロゾルの自動モニタリングは機械学習に大きく依存しているが、粒子状物質の大きさ、源、化学成分などの多様性、訓練データの有限性などにより、この仕事は非常に挑戦されている。この科学的空白を埋めるために、スイス北西応用科学大学（University of Applied Sciences North Western Switzerland）、アテネ大学（通称アテネ国立カポティスタン大学、National and Kaposistrian University of Athens）、スイスSwisens社など10の研究機関の科学者たちが科学的、綿密な研究を通じて、真菌胞子材料サンプルの培養と収集、機械学習訓練データセットの作成の実践方法などを全面的に紹介し、SwisensPoleno Jupiterなどの気流粒子計器のためにリアルタイム気体伝達真菌モニタリングと分類の提供方法を展開した参照。

材料と方法

この研究はベルギー真菌サンプルライブラリBCCM/IHEM中の17種類の真菌を利用して関連研究を行い、例えば外培養の製造、乾胞子の収穫、エアロゾル霧化、機械学習、自動計器測定分類などの重要な一環を検討し、エアロゾル真菌胞子の自動モニタリング、識別の進展を強力に推進した。

研究に係る真菌、培地、コレクターによる胞子の入手困難度（0は最も困難、3は最も容易）

及び試料種における明らかな微小菌糸体及び/又は他の粒子状物質の存在の微視的有意度（Yは存在を示し、Nは存在しないことを示す）。

PAD：ジャガイモグルコース寒天、S 10：希釈された砂保培地。

真菌胞子を霧化し、SwisensPolemo Jupiterを用いて測定した実験室装置の概略図

研究に関与した17種類の真菌のホログラム画像（120 x 120μm）及びSwisensPoleno Jupiterにより測定された各真菌の平均相対データ。

SwisensPoleno Jupiterがモニタリングした17種類の真菌胞子：

（A）ホログラフィー画像データのみによって訓練された畳み込みニューラルネットワーク識別性能混同行列、

（B）ホログラフィー画像と蛍光データを結合した訓練による畳み込みニューラルネットワーク識別性能混同行列。

結論と討論

十分な実験を通じて、

1）この研究は真菌胞子の培養と制御可能、有効な霧化がサンプルデータセットを獲得し、機械学習のための重要な一環であることを明らかにした、

2）寒天培地上で真菌培養を行い、気流霧化培地上で成熟した真菌胞子が、胞子の完全性を維持し、菌糸汚染を減少する最良の方法であることを証明する。

最後に、この研究は次の仕事の重点が参考データセットを拡大することに重点を置いて、それにより多くの種類の真菌をカバーさせて、それにより正確で全面的に真菌胞子を自動的に識別して、生物エアロゾルの動態発展と人類と植物の健康影響の研究に良い技術実現を提供することを望んでいる。

原文の出所

2025年6月2日Aerobiologiaジャーナル

第41巻、第505-525ページ（2025）