Nový nástroj hľadá dôkazy o Alzheimerovej chorobe v črevnom mikrobióme

Nový nástroj hľadá dôkazy o Alzheimerovej chorobe v črevnom mikrobióme

Výskumníci z Cleveland Clinic využívajú umelú inteligenciu na odhalenie spojenia medzi črevným mikrobiómom a Alzheimerovou chorobou.

Predchádzajúce štúdie ukázali, že pacienti s Alzheimerovou chorobou pociťujú zmeny v ich črevných baktériách, keď choroba postupuje. Ten novo zverejnenýPrehľady buniekŠtúdia opisuje výpočtovú metódu na určenie toho, ako bakteriálne vedľajšie produkty nazývané metabolity interagujú s receptormi na bunkách a prispievajú k Alzheimerovej chorobe.

Feixiong Cheng, PhD, zakladajúci riaditeľ Cleveland Clinic Genome Center, úzko spolupracoval s Luo Ruvo Center for Brain Health a Center for Microbiom and Human Health (CMHH). Štúdia zoraďuje metabolity a receptory podľa pravdepodobnosti ich vzájomnej interakcie a pravdepodobnosti, že pár ovplyvňuje Alzheimerovu chorobu. Údaje predstavujú doteraz jeden z najkomplexnejších plánov na štúdium chorôb súvisiacich s metabolizmom.

Baktérie uvoľňujú metabolity do nášho tela, keď rozkladajú jedlo, ktoré jeme, na energiu. Metabolity potom interagujú s bunkami a ovplyvňujú ich, pričom stimulujú bunkové procesy, ktoré môžu byť užitočné alebo škodlivé pre zdravie. Okrem Alzheimerovej choroby vedci spojili metabolity s chorobami srdca, neplodnosťou, rakovinou a autoimunitnými ochoreniami a alergiami.

Zabránenie škodlivým interakciám medzi metabolitmi a našimi bunkami by mohlo pomôcť v boji proti chorobám. Výskumníci pracujú na vývoji liekov na aktiváciu alebo blokovanie asociácie metabolitov s receptormi na bunkovom povrchu. Pokrok v tomto prístupe je pomalý v dôsledku obrovského množstva informácií potrebných na identifikáciu cieľového receptora.

Črevné metabolity sú kľúčom k mnohým fyziologickým procesom v našom tele a pre každý kľúč existuje zámok na ľudské zdravie a choroby. Problém je, že v našom systéme máme desaťtisíce receptorov a tisíce metabolitov. Preto bolo manuálne zisťovanie, ktorý kľúč sa hodí do akého zámku, zdĺhavé a nákladné. Preto sme sa rozhodli použiť AI.“

Feixiong Cheng, PhD, zakladajúci riaditeľ, Genome Center, Cleveland Clinic

Tím Dr.

Prvý autor a postdoktorand štúdie v Cheng Lab, Yunguang Qiu, PhD, viedol tím, ktorý zahŕňal J. Marka Browna, PhD, riaditeľa výskumu, CMMH; James Leverenz, MD, riaditeľ Cleveland Clinic Luo Ruvo Center for Brain Health a riaditeľ Clevelandského centra pre výskum Alzheimerovej choroby; a neuropsychologička Jessica Caldwell, PhD, ABPP/CN. Riaditeľka centra prevencie pohybu žien pri Alzheimerovej chorobe na Cleveland Clinic Nevada.

Tím použil formu AI nazývanú strojové učenie na analýzu viac ako 1,09 milióna potenciálnych párov metabolit-receptor a predpovedal pravdepodobnosť, že každá interakcia prispela k Alzheimerovej chorobe.

Analýzy zahŕňali:

• 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

Tím skúmal páry metabolit-receptor, ktoré s najväčšou pravdepodobnosťou ovplyvňujú Alzheimerovu chorobu v mozgových bunkách od pacientov s Alzheimerovou chorobou.

Jedna molekula, na ktorú sa zamerali, je ochranný metabolit nazývaný agmatín, o ktorom sa predpokladá, že chráni mozgové bunky pred zápalom a súvisiacim poškodením. Štúdia zistila, že agmatín s najväčšou pravdepodobnosťou interaguje s receptorom nazývaným CA3R pri Alzheimerovej chorobe.

Liečba neurónov postihnutých Alzheimerovou chorobou agmatínom priamo znížila hladiny CA3R, čo naznačuje, že metabolit a receptor sa navzájom ovplyvňujú. Neuróny liečené agmatínom mali tiež nižšie hladiny fosforylovaných tau proteínov, markera Alzheimerovej choroby.

Dr. Cheng hovorí, že tieto experimenty ukazujú, ako môžu algoritmy AI jeho tímu pripraviť pôdu pre nové cesty výskumu mnohých chorôb mimo Alzheimerovej choroby.

"Zamerali sme sa špecificky na Alzheimerovu chorobu, ale interakcie metabolit-receptor hrajú úlohu pri takmer každej chorobe zahŕňajúcej črevné mikróby," povedal. "Dúfame, že naše metódy môžu poskytnúť rámec na pokrok v celej oblasti chorôb spojených s metabolitmi a ľudského zdravia." Teraz Dr. Cheng a jeho tím posúvajú tieto technológie AI ďalej a aplikujú ich na štúdium interakcií medzi genetickými a environmentálnymi faktormi (vrátane potravinových a črevných metabolitov) na ľudské zdravie a choroby, vrátane Alzheimerovej choroby a iných komplexných chorôb.

Zdroje: