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Nueva herramienta busca evidencia de Alzheimer en el microbioma intestinal
Descubra cómo la IA está ayudando a explorar la conexión entre el microbioma intestinal y la enfermedad de Alzheimer. Un estudio histórico de la Clínica Cleveland.
Nueva herramienta busca evidencia de Alzheimer en el microbioma intestinal
Los investigadores de la Clínica Cleveland están utilizando inteligencia artificial para descubrir la conexión entre el microbioma intestinal y la enfermedad de Alzheimer.
Estudios anteriores han demostrado que los pacientes con Alzheimer experimentan cambios en sus bacterias intestinales a medida que avanza la enfermedad. El recién publicadoInformes celularesEl estudio describe un método computacional para determinar cómo los subproductos bacterianos llamados metabolitos interactúan con los receptores de las células y contribuyen a la enfermedad de Alzheimer.
Feixiong Cheng, PhD, director fundador del Centro del Genoma de la Clínica Cleveland, trabajó en estrecha colaboración con el Centro Luo Ruvo para la Salud del Cerebro y el Centro para el Microbioma y la Salud Humana (CMHH). El estudio clasifica los metabolitos y receptores según la probabilidad de que interactúen entre sí y la probabilidad de que el par influya en la enfermedad de Alzheimer. Los datos representan una de las hojas de ruta más completas hasta la fecha para estudiar enfermedades relacionadas con el metabolismo.
Las bacterias liberan metabolitos en nuestro cuerpo a medida que descomponen los alimentos que consumimos para obtener energía. Luego, los metabolitos interactúan con las células e influyen en ellas, estimulando procesos celulares que pueden ser útiles o perjudiciales para la salud. Además de la enfermedad de Alzheimer, los investigadores han relacionado los metabolitos con enfermedades cardíacas, infertilidad, cáncer y enfermedades y alergias autoinmunes.
Prevenir interacciones dañinas entre los metabolitos y nuestras células podría ayudar a combatir las enfermedades. Los investigadores están trabajando para desarrollar fármacos que activen o bloqueen la asociación de metabolitos con receptores en la superficie celular. El progreso en este enfoque es lento debido a la gran cantidad de información necesaria para identificar un receptor objetivo.
Los metabolitos intestinales son la clave de muchos procesos fisiológicos de nuestro cuerpo, y para cada clave existe un bloqueo sobre la salud y la enfermedad humana. El problema es que tenemos decenas de miles de receptores y miles de metabolitos en nuestro sistema. Por lo tanto, averiguar manualmente qué llave encaja en cada cerradura era tedioso y costoso. Por eso decidimos utilizar la IA”.
Feixiong Cheng, PhD, director fundador, Centro del Genoma, Clínica Cleveland
El equipo del Dr.
El primer autor del estudio y becario postdoctoral en el Laboratorio Cheng, Yunguang Qiu, PhD, dirigió un equipo que incluía a J. Mark Brown, PhD, director de investigación del CMMH; James Leverenz, MD, director del Centro Luo Ruvo para la Salud Cerebral de la Clínica Cleveland y director del Centro de Investigación de la Enfermedad de Alzheimer de Cleveland; y la neuropsicóloga Jessica Caldwell, PhD, ABPP/CN. Directora del Centro de Prevención del Movimiento de Alzheimer en Mujeres de Cleveland Clinic Nevada.
El equipo utilizó una forma de IA llamada aprendizaje automático para analizar más de 1,09 millones de pares potenciales de metabolitos y receptores y predecir la probabilidad de que cada interacción contribuyera a la enfermedad de Alzheimer.
Los análisis incluyeron:
- 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
El equipo examinó los pares de metabolitos y receptores con mayor probabilidad de influir en la enfermedad de Alzheimer en las células cerebrales de pacientes con enfermedad de Alzheimer.
Una molécula en la que se centraron es un metabolito protector llamado agmatina, que se cree que protege las células cerebrales de la inflamación y los daños relacionados. El estudio encontró que lo más probable es que la agmatina interactúe con un receptor llamado CA3R en la enfermedad de Alzheimer.
El tratamiento de las neuronas afectadas por Alzheimer con agmatina redujo directamente los niveles de CA3R, lo que sugiere que el metabolito y el receptor se influyen entre sí. Las neuronas tratadas con agmatina también tenían niveles más bajos de proteínas tau fosforiladas, un marcador de la enfermedad de Alzheimer.
El Dr. Cheng dice que estos experimentos muestran cómo los algoritmos de IA de su equipo pueden allanar el camino para nuevas vías de investigación sobre muchas enfermedades más allá del Alzheimer.
"Nos centramos específicamente en la enfermedad de Alzheimer, pero las interacciones metabolito-receptor desempeñan un papel en casi todas las enfermedades que involucran a los microbios intestinales", dijo. "Esperamos que nuestros métodos puedan proporcionar un marco para avanzar en todo el campo de las enfermedades asociadas a metabolitos y la salud humana". Ahora el Dr. Cheng y su equipo están llevando estas tecnologías de IA más allá y aplicándolas para estudiar las interacciones entre factores genéticos y ambientales (incluidos los metabolitos alimentarios y intestinales) en la salud y las enfermedades humanas, incluida la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades complejas.
Fuentes:
Qiu, Y.,et al. (2024). Caracterización sistemática del panorama multiómico entre los metabolitos microbianos intestinales y GPCRoma en la enfermedad de Alzheimer.Informes celulares. doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114128.