Почвовед РУДН создал программу Root-o-mat для обработки данных о ферментах в почве

Зимография — электрохимический метод, который почвоведы используют для анализа активности ферментов в почве. Для нее используют флуоресцентные вещества, которые светятся при взаимодействии с ферментом. В результате получается зимограмма — «снимок» ферментативной активности. Однако интенсивно использовать зимографию ученые начали относительно недавно и еще не сформировали стандарты обработки результатов. Поэтому исследователям из разных научных групп может быть трудно сравнить результаты. Почвовед РУДН совместно с коллегами из Германии создал программное обеспечение Root-o-mat, которое призвано решить эту проблему — стандартизировать и упростить обработку результатов зимографии.

«Большинство исследований по зимографии почвы различаются в отношении методов предварительной и последующей обработки. Например, в преобразовании изображения в оттенки серого, регистрации или сегментации изображения. Это ставит под угрозу сопоставимость результатов. Мы разработали приложение, чтобы облегчить практическую применимость и ускорить рабочий процесс обработки изображений», — доктор биологических наук Яков Кузяков, ведущий научный сотрудник Центра «Смарт-технологии устойчивого развития городской среды в условиях глобальных изменений» РУДН.

Алгоритм программы включает несколько шагов. Первый — регистрация изображений. Он нужен, чтобы сопоставить изображения, полученные, например, в разное время или разными аппаратами. На втором этапе программа калибрует данные — приводит их к одному стандарту и переводит физические величины к одним единицам измерения. Третий этап — сегментация. Изображение разбивается на отдельные группы пикселей, которые отражают отдельные объекты. На выходе пользователь получает готовые для анализа данные в разных форматах— 2D и 3D изображения, гистограммы, статистические данные и так далее. Программа доступна для бесплатной загрузки.

Почвоведы РУДН протестировали работу алгоритма в эксперименте — определили, как меняется активность гидролитических ферментов почвы до и после добавления глюкозы. Исследователи получили зимограму образца почвы с проросшими семенами кукурузы, а также сделали фотографию среза образца. Образец взяли на пахотном поле недалеко от Геттингена (Германия). Затем почвоведы добавили в почву глюкозу и повторили измерения. Добавка глюкозы должна увеличить количество фермента лейцинаминопептидазы. Полученные данные загрузили в Root-o-mat, которая их сопоставила и перевела в стандартный формат. Получились подробные графики, на которых видно, как изменилась активность лейцинаминопептидазы до и после добавления глюкозы и в каких точках образца она наиболее активна.

«Root-o-mat — это набор готовых интерактивных инструментов для создания, визуализации, редактирования, обработки, анализа, загрузки и сохранения данных. Он включает в себя графический пользовательский интерфейс, который упрощает и ускоряет обработку 2D-изображений и пространственно-временной анализ — например, визуализацию распределения активности ферментов. Результаты позволяют оценить временное и пространственное распределение активности ферментов на границе корень-почва кукурузы», — доктор биологических наук Яков Кузяков, ведущий научный сотрудник Центра «Смарт-технологии устойчивого развития городской среды в условиях глобальных изменений» РУДН.

Результаты опубликованы в журнале Soil Biology and Biochemistry.