Геометрический и вероятностный фреймворк для механистического противогрибкового скрининга на основе морфологии колоний.
A geometric and probabilistic framework for mechanistic antifungal screening from colony morphology.
Ezekiel Ahn, Insuck Baek, Seunghyun Lim, Amelia Lovelace, Masoud Kazem-Rostami, Helen Ngo, Richard D Ashby, Minhyeok Cha, Moon S Kim, Sunchung Park, Lyndel W Meinhardt
Аннотация (перевод)
ВВЕДЕНИЕ: Поиск фунгицидов по-прежнему в значительной степени опирается на скалярные конечные точки скрининга [например, зоны ингибирования, среднюю эффективную концентрацию (EC) или минимальную ингибирующую концентрацию (MIC)], которые обобщают подавление роста, но дают ограниченную информацию о механизмах нарушения, связанных с геометрией, что ограничивает механистическую приоритизацию на ранних этапах скрининга. Поскольку морфология колоний кодирует направление и полярность роста, мы разработали геометрический и вероятностный фреймворк для скрининга с целью разделения эффективности и связанных с полярностью механизмов нарушения у патогенов, имеющих значение для какао и кофе. РЕЗУЛЬТАТЫ: На основе стандартных изображений колоний мы рассчитали координату эффективности при фиксированной дозе, λ, как отрицательный натуральный логарифм коэффициента выживаемости по площади, и координату полярности, I, как натуральный логарифм кратности изменения соотношения длины к ширине (обработанные/контроль). Затем мы оценили вероятность события нарушения полярности (p̂) с точными 95% доверительными границами Клоппера — Пирсона при рабочем пороге τ = 1.10 с проведением анализа чувствительности в диапазоне τ = 1.10-1.20. В первичном скрининге с однократной дозой на девяти изолятах и четырех кандидатах амидов/кислот с фенольным разветвлением амиды стабильно группировались в квадранте (+λ, +I), что указывает на направление действия, характеризующееся одновременным подавлением роста и нарушением полярности по отношению к кислотным аналогам. Наиболее сильной комбинацией был CGH5, обработанный PhSOAM (λ = 0.67), который также продемонстрировал высокую вероятность нарушения формы (p̂ = 0.75; 95% CI 0.43-0.95). Реконструкция осей на основе эллипса связала I с осеспецифическими коэффициентами сжатия и продемонстрировала высокое согласие с прямыми соотношениями на основе длины и ширины. Повторный анализ независимого градиента времени воздействия UV-C (0-30 min) позволил получить согласованные дозозависимые траектории λ(d) и I(d) и подтвердил возможность вывода на уровне событий при ~10 min. ЗАКЛЮЧЕНИЕ: Грамматика λ-I-p преобразует изображения колоний в аппаратно-независимый язык скрининга, описывающий, насколько сильно воздействие проявляется в исследованных условиях (λ), связано ли оно с изменением геометрии, обусловленным полярностью (I), и как часто возникает определенный механизм нарушения (p̂), тем самым способствуя механистическому скринингу и приоритизации фунгицидов-кандидатов. Опубликовано в 2026 году. Данная статья является произведением Правительства США и находится в общественном достоянии в США.
Оригинальная аннотация
BACKGROUND: Fungicide discovery still relies heavily on scalar screening endpoints [e.g. inhibition zones, median effective concentration (EC) or minimum inhibitory concentration (MIC)] that summarize growth suppression but provide limited information about geometry-linked failure modes, constraining mechanistic prioritization during early screening. Because colony morphology encodes growth direction and polarity, we developed a geometric and probabilistic screening framework to separate potency from polarity-linked failure modes in cacao- and coffee-relevant pathogens. RESULTS: From routine colony images, we computed a fixed-dose potency coordinate, λ, as the negative natural log of the area survival ratio, and a polarity coordinate, I, as the natural log fold-change in length-to-width ratio (treated/control). We then estimated polarity-disruption event probability (p̂) with exact 95% Clopper-Pearson confidence bounds at an operational threshold of τ = 1.10, with sensitivity analysis across τ = 1.10-1.20. In a single-dose primary screen across nine isolates and four phenolic-branched amide/acid candidates, amides consistently clustered in the (+λ, +I) quadrant, indicating an action direction characterized by concurrent growth suppression and polarity disruption relative to the acid analogues. The strongest combination was CGH5 treated with PhSOAM (λ = 0.67), which also showed high shape-disruption probability (p̂ = 0.75; 95% CI 0.43-0.95). Ellipse-based axis reconstruction linked I to axis-specific contraction ratios and showed strong agreement with direct length- and width-based ratios. Re-analysis of an independent UV-C exposure-time gradient (0-30 min) produced coherent dose-dependent λ(d) and I(d) trajectories and supported event-level inference at ~10 min. CONCLUSION: The λ-I-p grammar converts colony images into an instrument-agnostic screening language describing how strongly an intervention acts at the tested condition (λ), whether it is associated with polarity-linked geometry change (I) and how often a defined failure mode occurs (p̂), thereby supporting mechanistic screening and prioritization of candidate fungicides. Published 2026. This article is a U.S. Government work and is in the public domain in the USA.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/7887580c-c7de-4684-b8d0-1fdff3147292
DOI: 10.1002/ps.70860