Translating microbial kinetics into quantitative responses and testable hypotheses using Kinbiont

动力学 计算生物学 计算机科学 生物 化学 物理 量子力学
作者
Fabrizio Angaroni,Alberto Peruzzi,Edgar Z. Alvarenga,Fernanda Pinheiro
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 6440-6440 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-025-61592-6
摘要

Challenges such as antibiotic resistance, ecosystem resilience, and bioproduction optimization require quantitative methods to characterize microbial responses to environmental perturbations. However, translating rapidly growing microbial growth datasets into actionable insights remains challenging. To address this issue, we introduce Kinbiont-an open-source tool that integrates dynamic models with machine learning methods for data-driven discovery in microbiology. Kinbiont consists of three sequential yet independent modules: (1) data preprocessing, (2) model-based parameter inference with both user-defined differential equation systems and hard-coded growth models, and (3) explainable machine learning analyses to map experimental conditions directly to inferred biological parameters. We benchmark Kinbiont using various microbial growth datasets, including diauxic curves, ethanol bioproduction, and phage-bacteria interactions. To illustrate Kinbiont's ability to automatically identify mathematical relationships underlying microbial responses, we revisit Monod's classical nutrient-limitation experiment and perform a growth inhibition assay using a ribosome-targeting antibiotic. In a large-scale ecotoxicological screen, Kinbiont reveals growth-phase-specific sensitivities to environmental stressors. Together, these results demonstrate how Kinbiont converts microbial kinetics data into interpretable and testable hypotheses, acting as a powerful tool to accelerate discovery in modern microbiology.
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