Нов инструмент търси доказателства за болестта на Алцхаймер в чревния микробиом

Нов инструмент търси доказателства за болестта на Алцхаймер в чревния микробиом

Изследователи от клиниката в Кливланд използват изкуствен интелект, за да разкрият връзката между микробиома на червата и болестта на Алцхаймер.

Предишни проучвания показват, че пациентите с Алцхаймер изпитват промени в чревните си бактерии с напредването на заболяването. НовоиздадениятКлетъчни отчетиПроучването описва изчислителен метод за определяне как бактериалните странични продукти, наречени метаболити, взаимодействат с рецепторите на клетките и допринасят за болестта на Алцхаймер.

Feixiong Cheng, PhD, директор-основател на Центъра за генома на клиниката в Кливланд, работи в тясно сътрудничество с Центъра за здраве на мозъка Luo Ruvo и Центъра за микробиома и човешкото здраве (CMHH). Проучването класира метаболитите и рецепторите според вероятността те да взаимодействат един с друг и вероятността двойката да повлияе на болестта на Алцхаймер. Данните представляват една от най-изчерпателните пътни карти досега за изучаване на заболявания, свързани с метаболизма.

Бактериите освобождават метаболити в тялото ни, докато разграждат храната, която ядем за енергия. След това метаболитите взаимодействат и влияят на клетките, стимулирайки клетъчните процеси, които могат да бъдат полезни или вредни за здравето. В допълнение към болестта на Алцхаймер, изследователите свързват метаболитите със сърдечни заболявания, безплодие, рак и автоимунни заболявания и алергии.

Предотвратяването на вредни взаимодействия между метаболитите и нашите клетки може да помогне в борбата с болестта. Изследователите работят за разработването на лекарства за активиране или блокиране на свързването на метаболитите с рецепторите на клетъчната повърхност. Напредъкът по този подход е бавен поради огромното количество информация, необходима за идентифициране на целевия рецептор.

Чревните метаболити са ключът към много физиологични процеси в нашето тяло и за всеки ключ има ключалка за човешкото здраве и болести. Проблемът е, че имаме десетки хиляди рецептори и хиляди метаболити в нашата система. Следователно ръчното определяне кой ключ пасва на коя ключалка беше досадно и скъпо. Ето защо решихме да използваме AI.“

Feixiong Cheng, PhD, директор-основател, Genome Center, Cleveland Clinic

Екипът на Dr.

Първият автор на изследването и постдокторант в Cheng Lab, Yunguang Qiu, PhD, ръководи екип, включващ J. Mark Brown, PhD, изследователски директор, CMMH; Джеймс Леверенц, д-р, директор на Центъра за мозъчно здраве Luo Ruvo на клиниката в Кливланд и директор на Центъра за изследване на болестта на Алцхаймер в Кливланд; и невропсихолог Джесика Колдуел, PhD, ABPP/CN. Директор на Женския център за превенция на движението на Алцхаймер в клиниката в Кливланд, Невада.

Екипът използва форма на AI, наречена машинно обучение, за да анализира над 1,09 милиона потенциални двойки метаболит-рецептор и да предвиди вероятността всяко взаимодействие да допринесе за болестта на Алцхаймер.

Анализите включват:

• genetische und proteomische Daten aus menschlichen und präklinischen Studien zur Alzheimer-Krankheit
• unterschiedliche Rezeptor- (Proteinstrukturen) und Metabolitenformen
• wie sich verschiedene Metaboliten auf von Patienten stammende Gehirnzellen auswirken

Екипът изследва двойките метаболит-рецептор, които е най-вероятно да повлияят на болестта на Алцхаймер в мозъчните клетки от пациенти с болестта на Алцхаймер.

Една молекула, върху която се съсредоточиха, е защитен метаболит, наречен агматин, за който се смята, че защитава мозъчните клетки от възпаление и свързаните с него увреждания. Проучването установи, че агматинът най-вероятно взаимодейства с рецептор, наречен CA3R при болестта на Алцхаймер.

Третирането на засегнатите от Алцхаймер неврони с агматин директно намалява нивата на CA3R, което предполага, че метаболитът и рецепторът си влияят взаимно. Невроните, третирани с агматин, също имат по-ниски нива на фосфорилирани тау протеини, маркер за болестта на Алцхаймер.

Д-р Ченг казва, че тези експерименти показват как алгоритмите за изкуствен интелект на неговия екип могат да проправят пътя за нови изследователски пътища за много заболявания извън Алцхаймер.

„Фокусирахме се конкретно върху болестта на Алцхаймер, но взаимодействията метаболит-рецептор играят роля в почти всяко заболяване, включващо чревни микроби“, каза той. „Надяваме се, че нашите методи могат да осигурят рамка за напредък в цялата област на свързаните с метаболити заболявания и човешкото здраве.“ Сега д-р Ченг и неговият екип усъвършенстват тези AI технологии и ги прилагат за изследване на взаимодействията между генетични фактори и фактори на околната среда (включително храна и чревни метаболити) върху човешкото здраве и болести, включително болестта на Алцхаймер и други сложни заболявания.

източници: