Un nuovo strumento cerca prove dell'Alzheimer nel microbioma intestinale

Un nuovo strumento cerca prove dell'Alzheimer nel microbioma intestinale

I ricercatori della Cleveland Clinic stanno utilizzando l'intelligenza artificiale per scoprire la connessione tra il microbioma intestinale e la malattia di Alzheimer.

Studi precedenti hanno dimostrato che i pazienti con Alzheimer sperimentano cambiamenti nei loro batteri intestinali man mano che la malattia progredisce. Quello appena pubblicatoRapporti di cellaLo studio descrive un metodo computazionale per determinare come i sottoprodotti batterici chiamati metaboliti interagiscono con i recettori sulle cellule e contribuiscono alla malattia di Alzheimer.

Feixiong Cheng, PhD, direttore fondatore del Cleveland Clinic Genome Center, ha lavorato a stretto contatto con il Luo Ruvo Center for Brain Health e il Center for Microbiome and Human Health (CMHH). Lo studio classifica metaboliti e recettori in base alla probabilità che interagiscano tra loro e alla probabilità che la coppia influenzi la malattia di Alzheimer. I dati rappresentano una delle tabelle di marcia più complete finora disponibili per lo studio delle malattie legate al metabolismo.

I batteri rilasciano metaboliti nel nostro corpo mentre scompongono il cibo che mangiamo per ricavarne energia. I metaboliti poi interagiscono e influenzano le cellule, stimolando processi cellulari che possono essere utili o dannosi per la salute. Oltre al morbo di Alzheimer, i ricercatori hanno collegato i metaboliti alle malattie cardiache, all'infertilità, al cancro, alle malattie autoimmuni e alle allergie.

Prevenire le interazioni dannose tra i metaboliti e le nostre cellule potrebbe aiutare a combattere le malattie. I ricercatori stanno lavorando per sviluppare farmaci in grado di attivare o bloccare l'associazione dei metaboliti con i recettori sulla superficie cellulare. I progressi su questo approccio sono lenti a causa dell’enorme quantità di informazioni necessarie per identificare un recettore bersaglio.

I metaboliti intestinali sono la chiave di molti processi fisiologici nel nostro corpo e per ogni chiave esiste un lucchetto per la salute e le malattie umane. Il problema è che nel nostro sistema abbiamo decine di migliaia di recettori e migliaia di metaboliti. Pertanto, capire manualmente quale chiave si inserisce in quale serratura era noioso e costoso. Ecco perché abbiamo deciso di utilizzare l’intelligenza artificiale”.

Feixiong Cheng, PhD, direttore fondatore, Genome Center, Cleveland Clinic

La squadra del Dott.

Il primo autore dello studio e ricercatore post-dottorato presso il Cheng Lab, Yunguang Qiu, PhD, ha guidato un team che comprendeva J. Mark Brown, PhD, direttore della ricerca, CMMH; James Leverenz, MD, direttore del Cleveland Clinic Luo Ruvo Center for Brain Health e direttore del Cleveland Alzheimer's Disease Research Center; e la neuropsicologa Jessica Caldwell, PhD, ABPP/CN. Direttore del Centro per la prevenzione del movimento dell'Alzheimer delle donne presso la Cleveland Clinic Nevada.

Il team ha utilizzato una forma di intelligenza artificiale chiamata machine learning per analizzare oltre 1,09 milioni di potenziali coppie di metaboliti-recettori e prevedere la probabilità che ciascuna interazione contribuisse alla malattia di Alzheimer.

Le analisi includevano:

• 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

Il team ha esaminato le coppie metabolita-recettore che hanno maggiori probabilità di influenzare la malattia di Alzheimer nelle cellule cerebrali di pazienti affetti dalla malattia.

Una molecola su cui si sono concentrati è un metabolita protettivo chiamato agmatina, che si ritiene protegga le cellule cerebrali dall'infiammazione e dai danni correlati. Lo studio ha scoperto che molto probabilmente l'agmatina interagisce con un recettore chiamato CA3R nella malattia di Alzheimer.

Il trattamento dei neuroni affetti da Alzheimer con agmatina ha ridotto direttamente i livelli di CA3R, suggerendo che il metabolita e il recettore si influenzano a vicenda. I neuroni trattati con agmatina presentavano anche livelli più bassi di proteine ​​tau fosforilate, un marcatore della malattia di Alzheimer.

Il dottor Cheng afferma che questi esperimenti mostrano come gli algoritmi di intelligenza artificiale del suo team possono aprire la strada a nuove strade di ricerca su molte malattie oltre all'Alzheimer.

"Ci siamo concentrati specificamente sul morbo di Alzheimer, ma le interazioni metabolita-recettore svolgono un ruolo in quasi tutte le malattie che coinvolgono i microbi intestinali", ha detto. “Ci auguriamo che i nostri metodi possano fornire un quadro per far avanzare l’intero campo delle malattie associate ai metaboliti e della salute umana”. Ora il dottor Cheng e il suo team stanno portando avanti queste tecnologie di intelligenza artificiale e le stanno applicando per studiare le interazioni tra fattori genetici e ambientali (compresi cibo e metaboliti intestinali) sulla salute e sulle malattie umane, compreso il morbo di Alzheimer e altre malattie complesse.

Fonti: