Novi alat traži dokaze Alzheimerove bolesti u crijevnom mikrobiomu

Novi alat traži dokaze Alzheimerove bolesti u crijevnom mikrobiomu

Istraživači klinike Cleveland koriste umjetnu inteligenciju kako bi otkrili vezu između crijevnog mikrobioma i Alzheimerove bolesti.

Prethodne studije pokazale su da pacijenti s Alzheimerovom bolešću doživljavaju promjene u svojim crijevnim bakterijama kako bolest napreduje. Onaj novoobjavljeniIzvješća o ćelijiStudija opisuje računsku metodu za određivanje kako bakterijski nusprodukti zvani metaboliti stupaju u interakciju s receptorima na stanicama i doprinose Alzheimerovoj bolesti.

Feixiong Cheng, PhD, osnivač i direktor Cleveland Clinic Genome Center, blisko je surađivao s Luo Ruvo Centrom za zdravlje mozga i Centrom za mikrobiom i ljudsko zdravlje (CMHH). Studija rangira metabolite i receptore prema vjerojatnosti da međusobno djeluju i prema vjerojatnosti da taj par utječe na Alzheimerovu bolest. Podaci predstavljaju jedan od najopsežnijih putokaza do danas za proučavanje bolesti povezanih s metabolizmom.

Bakterije otpuštaju metabolite u naša tijela dok razgrađuju hranu koju jedemo za energiju. Metaboliti zatim stupaju u interakciju sa stanicama i utječu na njih, potičući stanične procese koji mogu biti korisni ili štetni za zdravlje. Osim s Alzheimerovom bolešću, istraživači su metabolite povezali s bolestima srca, neplodnošću, rakom te autoimunim bolestima i alergijama.

Sprječavanje štetnih interakcija između metabolita i naših stanica moglo bi pomoći u borbi protiv bolesti. Istraživači rade na razvoju lijekova koji bi aktivirali ili blokirali povezanost metabolita s receptorima na površini stanice. Napredak u ovom pristupu je spor zbog ogromne količine informacija potrebnih za identifikaciju ciljnog receptora.

Probavni metaboliti ključ su mnogih fizioloških procesa u našem tijelu, a za svaki ključ postoji katanac za ljudsko zdravlje i bolest. Problem je u tome što u našem sustavu imamo desetke tisuća receptora i tisuće metabolita. Stoga je ručno određivanje koji ključ odgovara u koju bravu bilo zamorno i skupo. Zato smo odlučili koristiti AI.”

Feixiong Cheng, PhD, direktor osnivača, Genome Center, Cleveland Clinic

Tim Dr.

Prvi autor studije i postdoktorand u laboratoriju Cheng, dr. Yunguang Qiu, vodio je tim koji je uključivao dr. J. Marka Browna, direktora istraživanja, CMMH; James Leverenz, dr.med., direktor Cleveland Clinic Luo Ruvo Centra za zdravlje mozga i direktor Clevelandskog istraživačkog centra za Alzheimerovu bolest; i neuropsihologinja Jessica Caldwell, PhD, ABPP/CN. Ravnateljica ženskog centra za prevenciju Alzheimerove bolesti na klinici Cleveland u Nevadi.

Tim je koristio oblik umjetne inteligencije koji se zove strojno učenje kako bi analizirao preko 1,09 milijuna potencijalnih parova metabolit-receptor i predvidio vjerojatnost da je svaka interakcija doprinijela Alzheimerovoj bolesti.

Analize su uključivale:

• 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

Tim je ispitao parove metabolit-receptor koji najvjerojatnije utječu na Alzheimerovu bolest u moždanim stanicama pacijenata s Alzheimerovom bolešću.

Jedna molekula na koju su se usredotočili je zaštitni metabolit nazvan agmatin, za koji se smatra da štiti moždane stanice od upale i povezanih oštećenja. Studija je otkrila da agmatin najvjerojatnije stupa u interakciju s receptorom zvanim CA3R kod Alzheimerove bolesti.

Liječenje neurona zahvaćenih Alzheimerom agmatinom izravno je smanjilo razine CA3R, sugerirajući da metabolit i receptor utječu jedan na drugoga. Neuroni tretirani agmatinom također su imali niže razine fosforiliranih tau proteina, markera za Alzheimerovu bolest.

Dr. Cheng kaže da ovi eksperimenti pokazuju kako algoritmi umjetne inteligencije njegovog tima mogu utrti put novim putevima istraživanja mnogih bolesti izvan Alzheimerove bolesti.

"Usredotočili smo se posebno na Alzheimerovu bolest, ali interakcije između metabolita i receptora igraju ulogu u gotovo svakoj bolesti koja uključuje crijevne mikrobe", rekao je. "Nadamo se da naše metode mogu pružiti okvir za unaprjeđenje cjelokupnog područja bolesti povezanih s metabolitima i ljudskog zdravlja." Sada dr. Cheng i njegov tim dalje razvijaju ove tehnologije umjetne inteligencije i primjenjuju ih za proučavanje interakcija između genetskih i okolišnih čimbenika (uključujući hranu i crijevne metabolite) na ljudsko zdravlje i bolesti, uključujući Alzheimerovu bolest i druge složene bolesti.

Izvori: