Nova ferramenta procura evidências de Alzheimer no microbioma intestinal

Nova ferramenta procura evidências de Alzheimer no microbioma intestinal

Os pesquisadores da Cleveland Clinic estão usando inteligência artificial para descobrir a conexão entre o microbioma intestinal e a doença de Alzheimer.

Estudos anteriores mostraram que os pacientes com Alzheimer experimentam alterações nas bactérias intestinais à medida que a doença progride. O recém-publicadoRelatórios de célulasO estudo descreve um método computacional para determinar como os subprodutos bacterianos chamados metabólitos interagem com os receptores nas células e contribuem para a doença de Alzheimer.

Feixiong Cheng, PhD, diretor fundador do Cleveland Clinic Genome Center, trabalhou em estreita colaboração com o Centro Luo Ruvo para Saúde do Cérebro e o Centro para Microbioma e Saúde Humana (CMHH). O estudo classifica metabólitos e receptores de acordo com a probabilidade de interagirem entre si e a probabilidade de o par influenciar a doença de Alzheimer. Os dados representam um dos roteiros mais abrangentes até o momento para o estudo de doenças relacionadas ao metabolismo.

As bactérias liberam metabólitos em nossos corpos à medida que decompõem os alimentos que ingerimos para obter energia. Os metabólitos então interagem e influenciam as células, estimulando processos celulares que podem ser úteis ou prejudiciais à saúde. Além da doença de Alzheimer, os pesquisadores associaram os metabólitos a doenças cardíacas, infertilidade, câncer e doenças autoimunes e alergias.

Prevenir interações prejudiciais entre metabólitos e nossas células pode ajudar a combater doenças. Os pesquisadores estão trabalhando para desenvolver medicamentos que ativem ou bloqueiem a associação de metabólitos com receptores na superfície celular. O progresso nesta abordagem é lento devido à grande quantidade de informações necessárias para identificar um receptor alvo.

Os metabólitos intestinais são a chave para muitos processos fisiológicos em nosso corpo, e para cada chave existe um bloqueio na saúde e na doença humana. O problema é que temos dezenas de milhares de receptores e milhares de metabólitos em nosso sistema. Portanto, descobrir manualmente qual chave cabe em qual fechadura era tedioso e caro. É por isso que decidimos usar IA.”

Feixiong Cheng, PhD, diretor fundador, Genome Center, Cleveland Clinic

A equipe do Dr.

O primeiro autor do estudo e pós-doutorado no Cheng Lab, Yunguang Qiu, PhD, liderou uma equipe que incluía J. Mark Brown, PhD, diretor de pesquisa do CMMH; James Leverenz, MD, diretor do Centro Luo Ruvo da Clínica Cleveland para Saúde do Cérebro e diretor do Centro de Pesquisa da Doença de Alzheimer de Cleveland; e a neuropsicóloga Jessica Caldwell, PhD, ABPP/CN. Diretora do Centro de Prevenção do Movimento de Alzheimer Feminino da Cleveland Clinic Nevada.

A equipe usou uma forma de IA chamada aprendizado de máquina para analisar mais de 1,09 milhão de pares potenciais de receptores metabólitos e prever a probabilidade de cada interação ter contribuído para a doença de Alzheimer.

As análises incluíram:

• 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

A equipe examinou os pares metabólito-receptor com maior probabilidade de influenciar a doença de Alzheimer nas células cerebrais de pacientes com doença de Alzheimer.

Uma molécula na qual eles se concentraram é um metabólito protetor chamado agmatina, que se acredita proteger as células cerebrais da inflamação e dos danos relacionados. O estudo descobriu que a agmatina provavelmente interage com um receptor chamado CA3R na doença de Alzheimer.

O tratamento dos neurônios afetados por Alzheimer com agmatina reduziu diretamente os níveis de CA3R, sugerindo que o metabólito e o receptor influenciam um ao outro. Os neurônios tratados com agmatina também apresentaram níveis mais baixos de proteínas tau fosforiladas, um marcador da doença de Alzheimer.

Cheng diz que esses experimentos mostram como os algoritmos de IA de sua equipe podem abrir caminho para novos caminhos de pesquisa em muitas doenças além do Alzheimer.

“Nós nos concentramos especificamente na doença de Alzheimer, mas as interações metabólito-receptor desempenham um papel em quase todas as doenças que envolvem micróbios intestinais”, disse ele. “Esperamos que nossos métodos possam fornecer uma estrutura para avançar em todo o campo das doenças associadas aos metabólitos e da saúde humana.” Agora, Cheng e sua equipe estão levando essas tecnologias de IA mais longe e aplicando-as para estudar interações entre fatores genéticos e ambientais (incluindo alimentos e metabólitos intestinais) na saúde e nas doenças humanas, incluindo a doença de Alzheimer e outras doenças complexas.

Fontes: