Naujas įrankis ieško Alzheimerio ligos įrodymų žarnyno mikrobiome

Naujas įrankis ieško Alzheimerio ligos įrodymų žarnyno mikrobiome

Klivlando klinikos mokslininkai naudoja dirbtinį intelektą, kad atskleistų ryšį tarp žarnyno mikrobiomo ir Alzheimerio ligos.

Ankstesni tyrimai parodė, kad Alzheimerio liga sergančių pacientų žarnyno bakterijos keičiasi ligai progresuojant. Naujai paskelbtasLąstelių ataskaitosTyrime aprašomas skaičiavimo metodas, skirtas nustatyti, kaip bakterijų šalutiniai produktai, vadinami metabolitais, sąveikauja su ląstelių receptoriais ir prisideda prie Alzheimerio ligos.

Feixiong Cheng, PhD, Klivlando klinikos genomo centro įkūrėjas direktorius, glaudžiai bendradarbiavo su Luo Ruvo smegenų sveikatos centru ir Mikrobiomos ir žmogaus sveikatos centru (CMHH). Tyrimo metu metabolitai ir receptoriai klasifikuojami pagal tikimybę, kad jie sąveikauja tarpusavyje, ir tikimybę, kad pora turės įtakos Alzheimerio ligai. Duomenys yra vienas iš išsamiausių iki šiol su metabolizmu susijusių ligų tyrimo planų.

Bakterijos išskiria metabolitus į mūsų organizmą, nes jie skaido maistą, kurį valgome, kad gautų energijos. Tada metabolitai sąveikauja su ląstelėmis ir daro įtaką ląstelėms, skatindami ląstelių procesus, kurie gali būti naudingi arba kenksmingi sveikatai. Be Alzheimerio ligos, mokslininkai susiejo metabolitus su širdies ligomis, nevaisingumu, vėžiu ir autoimuninėmis ligomis bei alergijomis.

Žalingos metabolitų ir mūsų ląstelių sąveikos prevencija gali padėti kovoti su ligomis. Mokslininkai kuria vaistus, kurie aktyvuotų arba blokuotų metabolitų ryšį su receptoriais ląstelės paviršiuje. Šio metodo pažanga yra lėta dėl didelio informacijos kiekio, reikalingo tiksliniam receptoriui nustatyti.

Žarnyno metabolitai yra daugelio fiziologinių procesų mūsų organizme raktas, o kiekvienas raktas yra užraktas nuo žmogaus sveikatos ir ligų. Problema ta, kad mūsų sistemoje yra dešimtys tūkstančių receptorių ir tūkstančiai metabolitų. Todėl rankiniu būdu išsiaiškinti, kuris raktas tinka į kurią spyną, buvo varginantis ir brangus. Štai kodėl nusprendėme naudoti AI.

Feixiong Cheng, mokslų daktaras, Klivlando klinikos genomo centro direktorius

Komanda Dr.

Pirmasis tyrimo autorius ir doktorantas Cheng Lab, Yunguang Qiu, PhD, vadovavo komandai, kurioje buvo J. Mark Brown, PhD, mokslinių tyrimų direktorius, CMMH; Jamesas Leverenzas, MD, Klivlando klinikos Luo Ruvo smegenų sveikatos centro direktorius ir Klivlando Alzheimerio ligos tyrimų centro direktorius; ir neuropsichologė Jessica Caldwell, daktarė, ABPP/CN. Moterų Alzheimerio ligos judėjimo prevencijos centro Cleveland Clinic Nevada direktorė.

Komanda naudojo AI formą, vadinamą mašininiu mokymusi, kad išanalizuoti daugiau nei 1,09 milijono galimų metabolitų ir receptorių porų ir numatyti tikimybę, kad kiekviena sąveika prisidėjo prie Alzheimerio ligos.

Analizės apėmė:

• 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

Grupė ištyrė metabolitų ir receptorių poras, kurios greičiausiai įtakoja Alzheimerio ligą pacientų, sergančių Alzheimerio liga, smegenų ląstelėse.

Viena molekulė, į kurią jie sutelkė dėmesį, yra apsauginis metabolitas, vadinamas agmatinu, kuris, kaip manoma, apsaugo smegenų ląsteles nuo uždegimo ir susijusių pažeidimų. Tyrimas parodė, kad agmatinas greičiausiai sąveikauja su receptoriumi, vadinamu CA3R, sergant Alzheimerio liga.

Alzheimerio paveiktų neuronų gydymas agmatinu tiesiogiai sumažino CA3R lygį, o tai rodo, kad metabolitas ir receptorius veikia vienas kitą. Neuronai, gydyti agmatinu, taip pat turėjo mažesnį fosforilintų tau baltymų kiekį – Alzheimerio ligos žymenį.

Dr. Chengas sako, kad šie eksperimentai parodo, kaip jo komandos dirbtinio intelekto algoritmai gali atverti kelią naujiems daugelio ligų, ne tik Alzheimerio ligos, tyrinėjimams.

"Mes daugiausia dėmesio skyrėme Alzheimerio ligai, tačiau metabolitų ir receptorių sąveika atlieka svarbų vaidmenį beveik visose ligose, susijusiose su žarnyno mikrobais", - sakė jis. "Tikimės, kad mūsų metodai gali sudaryti pagrindą patobulinti visą su metabolitais susijusių ligų ir žmonių sveikatos sritį." Dabar daktaras Chengas ir jo komanda toliau taiko šias AI technologijas ir taiko jas genetinių ir aplinkos veiksnių (įskaitant maistą ir žarnyno metabolitus) sąveikai tirti žmonių sveikatai ir ligoms, įskaitant Alzheimerio ligą ir kitas sudėtingas ligas.

Šaltiniai: