Νέο εργαλείο αναζητά στοιχεία του Αλτσχάιμερ στο εντερικό μικροβίωμα

Νέο εργαλείο αναζητά στοιχεία του Αλτσχάιμερ στο εντερικό μικροβίωμα

Οι ερευνητές της κλινικής του Κλίβελαντ χρησιμοποιούν τεχνητή νοημοσύνη για να αποκαλύψουν τη σύνδεση μεταξύ του μικροβιώματος του εντέρου και της νόσου Αλτσχάιμερ.

Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι οι ασθενείς με Αλτσχάιμερ βιώνουν αλλαγές στα βακτήρια του εντέρου τους καθώς η νόσος εξελίσσεται. Το νεοεκδοθένΑναφορές κελιώνΗ μελέτη περιγράφει μια υπολογιστική μέθοδο για τον προσδιορισμό του τρόπου με τον οποίο τα βακτηριακά υποπροϊόντα που ονομάζονται μεταβολίτες αλληλεπιδρούν με τους υποδοχείς στα κύτταρα και συμβάλλουν στη νόσο του Αλτσχάιμερ.

Ο Feixiong Cheng, PhD, ιδρυτικός διευθυντής του Cleveland Clinic Genome Center, συνεργάστηκε στενά με το Luo Ruvo Center for Brain Health και το Center for Microbiome and Human Health (CMHH). Η μελέτη ταξινομεί τους μεταβολίτες και τους υποδοχείς ανάλογα με την πιθανότητα αλληλεπίδρασης μεταξύ τους και την πιθανότητα το ζεύγος να επηρεάζει τη νόσο του Αλτσχάιμερ. Τα δεδομένα αντιπροσωπεύουν έναν από τους πιο ολοκληρωμένους οδικούς χάρτες μέχρι σήμερα για τη μελέτη ασθενειών που σχετίζονται με το μεταβολισμό.

Τα βακτήρια απελευθερώνουν μεταβολίτες στο σώμα μας καθώς διασπούν την τροφή που τρώμε για ενέργεια. Οι μεταβολίτες στη συνέχεια αλληλεπιδρούν και επηρεάζουν τα κύτταρα, διεγείροντας κυτταρικές διεργασίες που μπορεί να είναι χρήσιμες ή επιβλαβείς για την υγεία. Εκτός από τη νόσο του Αλτσχάιμερ, οι ερευνητές έχουν συνδέσει τους μεταβολίτες με καρδιακές παθήσεις, στειρότητα, καρκίνο και αυτοάνοσα νοσήματα και αλλεργίες.

Η πρόληψη των επιβλαβών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μεταβολιτών και των κυττάρων μας θα μπορούσε να βοηθήσει στην καταπολέμηση των ασθενειών. Οι ερευνητές εργάζονται για την ανάπτυξη φαρμάκων για την ενεργοποίηση ή τον αποκλεισμό της συσχέτισης των μεταβολιτών με τους υποδοχείς στην κυτταρική επιφάνεια. Η πρόοδος σε αυτή την προσέγγιση είναι αργή λόγω του τεράστιου όγκου των πληροφοριών που απαιτούνται για την αναγνώριση ενός υποδοχέα στόχου.

Οι μεταβολίτες του εντέρου είναι το κλειδί για πολλές φυσιολογικές διεργασίες στο σώμα μας, και για κάθε κλειδί υπάρχει ένα λουκέτο στην ανθρώπινη υγεία και ασθένεια. Το πρόβλημα είναι ότι έχουμε δεκάδες χιλιάδες υποδοχείς και χιλιάδες μεταβολίτες στο σύστημά μας. Επομένως, το να καταλάβετε με το χέρι ποιο κλειδί ταιριάζει σε ποια κλειδαριά ήταν κουραστικό και δαπανηρό. Γι' αυτό αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε το AI."

Feixiong Cheng, PhD, ιδρυτικός διευθυντής, Genome Center, Cleveland Clinic

Η ομάδα του Dr.

Ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης και μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Cheng Lab, Yunguang Qiu, PhD, ηγήθηκε μιας ομάδας που περιλάμβανε τον J. Mark Brown, PhD, διευθυντή έρευνας, CMMH. James Leverenz, MD, διευθυντής του Cleveland Clinic Luo Ruvo Center for Brain Health και διευθυντής του Κέντρου Έρευνας για τη Νόσο του Κλίβελαντ Alzheimer. και νευροψυχολόγος Jessica Caldwell, PhD, ABPP/CN. Διευθύντρια του Γυναικείου Κέντρου Πρόληψης Κινήματος Αλτσχάιμερ στην Κλίβελαντ Κλινική της Νεβάδα.

Η ομάδα χρησιμοποίησε μια μορφή τεχνητής νοημοσύνης που ονομάζεται μηχανική μάθηση για να αναλύσει περισσότερα από 1,09 εκατομμύρια πιθανά ζεύγη μεταβολίτη-υποδοχέα και να προβλέψει την πιθανότητα κάθε αλληλεπίδραση να συνεισφέρει στη νόσο του Αλτσχάιμερ.

Οι αναλύσεις περιελάμβαναν:

• 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

Η ομάδα εξέτασε τα ζεύγη μεταβολίτη-υποδοχέα που είναι πιο πιθανό να επηρεάσουν τη νόσο του Αλτσχάιμερ στα εγκεφαλικά κύτταρα ασθενών με νόσο του Αλτσχάιμερ.

Ένα μόριο στο οποίο εστίασαν είναι ένας προστατευτικός μεταβολίτης που ονομάζεται αγματίνη, ο οποίος πιστεύεται ότι προστατεύει τα εγκεφαλικά κύτταρα από φλεγμονές και σχετικές βλάβες. Η μελέτη διαπίστωσε ότι η αγματίνη πιθανότατα αλληλεπιδρά με έναν υποδοχέα που ονομάζεται CA3R στη νόσο του Αλτσχάιμερ.

Η θεραπεία των νευρώνων που επηρεάζονται από το Alzheimer με αγματίνη μείωσε άμεσα τα επίπεδα CA3R, υποδηλώνοντας ότι ο μεταβολίτης και ο υποδοχέας επηρεάζουν ο ένας τον άλλον. Οι νευρώνες που έλαβαν αγωγή με αγματίνη είχαν επίσης χαμηλότερα επίπεδα φωσφορυλιωμένων πρωτεϊνών tau, δείκτη για τη νόσο του Alzheimer.

Ο Δρ Τσενγκ λέει ότι αυτά τα πειράματα δείχνουν πώς οι αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης της ομάδας του μπορούν να ανοίξουν το δρόμο για νέες ερευνητικές οδούς σε πολλές ασθένειες πέρα ​​από το Αλτσχάιμερ.

«Εστιάσαμε ειδικά στη νόσο του Αλτσχάιμερ, αλλά οι αλληλεπιδράσεις μεταβολίτη-υποδοχέα παίζουν ρόλο σχεδόν σε κάθε ασθένεια που περιλαμβάνει μικρόβια του εντέρου», είπε. «Ελπίζουμε ότι οι μέθοδοί μας μπορούν να παρέχουν ένα πλαίσιο για την προώθηση ολόκληρου του πεδίου των ασθενειών που σχετίζονται με τους μεταβολίτες και της ανθρώπινης υγείας». Τώρα ο Δρ. Τσενγκ και η ομάδα του προχωρούν αυτές τις τεχνολογίες τεχνητής νοημοσύνης περαιτέρω και τις εφαρμόζουν για να μελετήσουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ γενετικών και περιβαλλοντικών παραγόντων (συμπεριλαμβανομένων των τροφών και των μεταβολιτών του εντέρου) στην ανθρώπινη υγεία και ασθένειες, συμπεριλαμβανομένης της νόσου του Αλτσχάιμερ και άλλων πολύπλοκων ασθενειών.

Πηγές: