Nieuw hulpmiddel zoekt naar bewijs van de ziekte van Alzheimer in het darmmicrobioom

Nieuw hulpmiddel zoekt naar bewijs van de ziekte van Alzheimer in het darmmicrobioom

Onderzoekers van Cleveland Clinic gebruiken kunstmatige intelligentie om het verband tussen het darmmicrobioom en de ziekte van Alzheimer bloot te leggen.

Eerdere studies hebben aangetoond dat Alzheimerpatiënten veranderingen in hun darmbacteriën ervaren naarmate de ziekte vordert. De nieuw gepubliceerdeCelrapportenStudie beschrijft een computationele methode om te bepalen hoe bacteriële bijproducten, metabolieten genaamd, interageren met receptoren op cellen en bijdragen aan de ziekte van Alzheimer.

Feixiong Cheng, PhD, oprichter en directeur van het Cleveland Clinic Genome Center, werkte nauw samen met het Luo Ruvo Center for Brain Health en het Center for Microbiome and Human Health (CMHH). De studie rangschikt metabolieten en receptoren op basis van de waarschijnlijkheid dat ze met elkaar interageren en de waarschijnlijkheid dat het paar de ziekte van Alzheimer beïnvloedt. De gegevens vertegenwoordigen een van de meest uitgebreide routekaarten tot nu toe voor het bestuderen van metabolische ziekten.

Bacteriën geven metabolieten vrij in ons lichaam terwijl ze het voedsel dat we eten voor energie afbreken. De metabolieten interageren vervolgens met cellen en beïnvloeden ze, waardoor cellulaire processen worden gestimuleerd die nuttig of schadelijk kunnen zijn voor de gezondheid. Naast de ziekte van Alzheimer hebben onderzoekers metabolieten in verband gebracht met hartziekten, onvruchtbaarheid, kanker en auto-immuunziekten en allergieën.

Het voorkomen van schadelijke interacties tussen metabolieten en onze cellen kan ziekten helpen bestrijden. Onderzoekers werken aan de ontwikkeling van medicijnen om de associatie van metabolieten met receptoren op het celoppervlak te activeren of te blokkeren. De voortgang bij deze aanpak verloopt traag vanwege de enorme hoeveelheid informatie die nodig is om een ​​doelreceptor te identificeren.

Intestinale metabolieten zijn de sleutel tot veel fysiologische processen in ons lichaam, en voor elke sleutel is er een slot op de menselijke gezondheid en ziekte. Het probleem is dat we tienduizenden receptoren en duizenden metabolieten in ons systeem hebben. Daarom was het handmatig uitzoeken welke sleutel in welk slot past vervelend en kostbaar. Daarom hebben we besloten om AI te gebruiken.”

Feixiong Cheng, PhD, oprichter en directeur van het Genome Center, Cleveland Clinic

Het team van dr.

De eerste auteur en postdoctoraal onderzoeker van het onderzoek bij het Cheng Lab, Yunguang Qiu, PhD, leidde een team met onder meer J. Mark Brown, PhD, onderzoeksdirecteur van CMMH; James Leverenz, MD, directeur van het Cleveland Clinic Luo Ruvo Center for Brain Health en directeur van het Cleveland Alzheimer's Disease Research Center; en neuropsycholoog Jessica Caldwell, PhD, ABPP/CN. Directeur van het Women’s Alzheimer’s Movement Prevention Center in Cleveland Clinic Nevada.

Het team gebruikte een vorm van AI, machine learning genaamd, om meer dan 1,09 miljoen potentiële metaboliet-receptorparen te analyseren en de waarschijnlijkheid te voorspellen dat elke interactie heeft bijgedragen aan de ziekte van Alzheimer.

De analyses omvatten:

• 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

Het team onderzocht de metaboliet-receptorparen die het meest waarschijnlijk de ziekte van Alzheimer beïnvloeden in hersencellen van patiënten met de ziekte van Alzheimer.

Eén molecuul waarop ze zich concentreerden, is een beschermende metaboliet genaamd agmatine, waarvan wordt gedacht dat het hersencellen beschermt tegen ontstekingen en gerelateerde schade. Uit de studie bleek dat agmatine hoogstwaarschijnlijk interageert met een receptor genaamd CA3R bij de ziekte van Alzheimer.

Het behandelen van door Alzheimer aangetaste neuronen met agmatine verlaagde direct de CA3R-niveaus, wat erop wijst dat de metaboliet en de receptor elkaar beïnvloeden. Neuronen die met agmatine werden behandeld, hadden ook lagere niveaus van gefosforyleerde tau-eiwitten, een marker voor de ziekte van Alzheimer.

Dr. Cheng zegt dat deze experimenten laten zien hoe de AI-algoritmen van zijn team de weg kunnen vrijmaken voor nieuwe onderzoeksmogelijkheden naar vele ziekten buiten de ziekte van Alzheimer.

“We hebben ons specifiek gericht op de ziekte van Alzheimer, maar interacties tussen metabolieten en receptoren spelen een rol bij bijna elke ziekte waarbij darmmicroben betrokken zijn,” zei hij. “We hopen dat onze methoden een raamwerk kunnen bieden om het hele veld van metabolieten-geassocieerde ziekten en de menselijke gezondheid vooruit te helpen.” Nu gaan Dr. Cheng en zijn team verder met deze AI-technologieën en passen ze toe om de interacties tussen genetische en omgevingsfactoren (waaronder voedsel en darmmetabolieten) op de menselijke gezondheid en ziekte, waaronder de ziekte van Alzheimer en andere complexe ziekten, te bestuderen.

Bronnen: