O echipă de cercetători americani de la Clinica din Cleveland a dezvoltat algoritmi bazaţi pe inteligenţa artificială (AI) pentru a studia legătura dintre microbiomul intestinal şi boala Alzheimer.
Studii anterioare au arătat că pacienţii cu boala Alzheimer suferă modificări ale bacteriilor intestinale pe măsură ce boala se dezvoltă.
Studiul, publicat duminică în revista Cell Reports, prezintă o metodă computaţională utilizată pentru a determina modul în care subprodusele bacteriene numite metaboliţi interacţionează cu receptorii de pe celule şi contribuie la boala Alzheimer.
Centrul de genomică al clinicii din Cleveland a lucrat în strânsă colaborare cu Centrul Luo Ruvo pentru sănătatea creierului şi cu Centrul pentru microbiom şi sănătate umană (CMHH), din Statele Unite.
Studiul clasifică metaboliţii şi receptorii în funcţie de probabilitatea ca aceştia să interacţioneze între ei şi de probabilitatea ca perechea să influenţeze boala Alzheimer.
Datele oferă una dintre cele mai cuprinzătoare foi de parcurs pentru studierea bolilor asociate metaboliţilor de până acum.
Bacteriile eliberează metaboliţi în organismul uman pe măsură ce descompun alimentele pe care le consumăm pentru a obţine energie. Metaboliţii interacţionează apoi cu celulele şi le influenţează, alimentând procesele celulare care pot fi utile sau dăunătoare pentru sănătate.
Pe lângă boala Alzheimer, cercetătorii au făcut legătura între metaboliţi şi bolile de inimă, infertilitate, cancere, tulburări autoimune şi alergii.
Prevenirea interacţiunilor dăunătoare dintre metaboliţi şi celulele din organism ar putea ajuta la combaterea bolilor.
Cercetătorii lucrează la dezvoltarea de medicamente care să activeze sau să blocheze conectarea metaboliţilor cu receptorii de la suprafaţa celulară. Progresul cu această abordare este lent din cauza cantităţii mari de informaţii necesare pentru a identifica un receptor ţintă.
„Metaboliţii intestinali sunt cheia multor procese fiziologice din corpul nostru, iar pentru fiecare cheie există o încuietoare pentru sănătatea şi bolile umane", a declarat Feixiong Cheng, directorul centrului de genomică pentru sănătate din cadrul clinicii americane.
„Problema este că avem zeci de mii de receptori şi mii de metaboliţi în sistemul nostru, astfel încât să aflăm manual ce cheie intră în ce încuietoare a fost lent şi costisitor. De aceea am decis să folosim inteligenţa artificială", a menţionat acesta.
Echipa a testat dacă metaboliţi intestinali binecunoscuţi în corpul uman, cu profiluri de siguranţă existente, pot oferi o prevenire eficientă sau chiar abordări de intervenţie pentru boala Alzheimer sau alte boli complexe, dacă sunt aplicate pe scară largă.
Cercetătorii au folosit o formă de inteligenţă artificială numită învăţare automată pentru a analiza peste un milion de perechi potenţiale de metaboliţi-receptori şi pentru a estima probabilitatea ca fiecare interacţiune să contribuie la boala Alzheimer.
Analizele au integrat:
- date genetice şi proteomice din studii umane şi preclinice privind boala Alzheimer;
- diferite forme de receptori (structuri proteice) şi metaboliţi;
- modul în care diferiţi metaboliţi afectează celulele cerebrale derivate de la pacienţi;
Echipa a investigat perechile metabolit-receptor cu cea mai mare probabilitate de a influenţa boala Alzheimer în celulele cerebrale derivate de la pacienţii cu această boală.
Una dintre moleculele pe care s-au concentrat a fost un metabolit protector numit agmatină, despre care se crede că protejează celulele creierului de inflamaţii şi de daunele asociate.
Studiul a constatat că agmatina a avut cea mai mare probabilitate de a interacţiona cu un receptor numit CA3R în boala Alzheimer.
Tratarea neuronilor afectaţi de Alzheimer cu agmatină a redus în mod direct nivelurile CA3R, ceea ce indică faptul că metabolitul şi receptorul se influenţează reciproc. Neuronii trataţi cu agmatină au avut, de asemenea, niveluri mai scăzute ale proteinelor tau fosforilate, un marker pentru boala Alzheimer.
Autorii cercetării spun că aceste experimente demonstrează modul în care algoritmii de inteligenţă artificială dezvoltaţi pot deschide calea pentru noi căi de cercetare în multe boli, dincolo de Alzheimer.
„Ne-am concentrat în mod special pe boala Alzheimer, dar interacţiunile metabolit-receptor joacă un rol în aproape toate bolile care implică microbi intestinali", a spus el.
Autorii speră că noile metode dezvoltate pot oferi un cadru pentru viitoarele progrese în domeniu asupra bolilor asociate metaboliţilor şi a sănătăţii umane.
Acum, echipa dezvoltă în continuare aceste tehnologii de inteligenţă artificială pentru a studia interacţiunile dintre factorii genetici şi de mediu (inclusiv alimentele şi metaboliţii intestinali) asupra sănătăţii şi bolilor umane, inclusiv boala Alzheimer şi alte boli complexe.
