O echipă de cercetători americani de la Clinica din Cleveland a dezvoltat algoritmi bazați pe inteligența artificială (AI) pentru a studia legătura dintre microbiomul intestinal și boala Alzheimer.
Studii anterioare au arătat că pacienții cu boala Alzheimer suferă modificări ale bacteriilor intestinale pe măsură ce boala se dezvoltă.
Studiul, publicat duminică în revista Cell Reports, prezintă o metodă computațională utilizată pentru a determina modul în care subprodusele bacteriene numite metaboliți interacționează cu receptorii de pe celule și contribuie la boala Alzheimer.
Centrul de genomică al clinicii din Cleveland a lucrat în strânsă colaborare cu Centrul Luo Ruvo pentru sănătatea creierului și cu Centrul pentru microbiom și sănătate umană (CMHH), din Statele Unite.
Studiul clasifică metaboliții și receptorii în funcție de probabilitatea ca aceștia să interacționeze între ei și de probabilitatea ca perechea să influențeze boala Alzheimer.
Datele oferă una dintre cele mai cuprinzătoare foi de parcurs pentru studierea bolilor asociate metaboliților de până acum.
Bacteriile eliberează metaboliți în organismul uman pe măsură ce descompun alimentele pe care le consumăm pentru a obține energie. Metaboliții interacționează apoi cu celulele și le influențează, alimentând procesele celulare care pot fi utile sau dăunătoare pentru sănătate.
Pe lângă boala Alzheimer, cercetătorii au făcut legătura între metaboliți și bolile de inimă, infertilitate, cancere, tulburări autoimune și alergii.
Prevenirea interacțiunilor dăunătoare dintre metaboliți și celulele din organism ar putea ajuta la combaterea bolilor.
Cercetătorii lucrează la dezvoltarea de medicamente care să activeze sau să blocheze conectarea metaboliților cu receptorii de la suprafața celulară. Progresul cu această abordare este lent din cauza cantității mari de informații necesare pentru a identifica un receptor țintă.
„Metaboliții intestinali sunt cheia multor procese fiziologice din corpul nostru, iar pentru fiecare cheie există o încuietoare pentru sănătatea și 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 și mii de metaboliți în sistemul nostru, astfel încât să aflăm manual ce cheie intră în ce încuietoare a fost lent și costisitor. De aceea am decis să folosim inteligența artificială”, a menționat acesta.
Echipa a testat dacă metaboliți intestinali binecunoscuți în corpul uman, cu profiluri de siguranță existente, pot oferi o prevenire eficientă sau chiar abordări de intervenție pentru boala Alzheimer sau alte boli complexe, dacă sunt aplicate pe scară largă.
Cercetătorii au folosit o formă de inteligență artificială numită învățare automată pentru a analiza peste un milion de perechi potențiale de metaboliți-receptori și pentru a estima probabilitatea ca fiecare interacțiune să contribuie la boala Alzheimer.
Analizele au integrat:
- date genetice și proteomice din studii umane și preclinice privind boala Alzheimer;
- diferite forme de receptori (structuri proteice) și metaboliți;
- modul în care diferiți metaboliți afectează celulele cerebrale derivate de la pacienți;
Echipa a investigat perechile metabolit-receptor cu cea mai mare probabilitate de a influența boala Alzheimer în celulele cerebrale derivate de la pacienții 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 inflamații și de daunele asociate.
Studiul a constatat că agmatina a avut cea mai mare probabilitate de a interacționa cu un receptor numit CA3R în boala Alzheimer.
Tratarea neuronilor afectați de Alzheimer cu agmatină a redus în mod direct nivelurile CA3R, ceea ce indică faptul că metabolitul și receptorul se influențează reciproc. Neuronii tratați 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 inteligență artificială dezvoltați pot deschide calea pentru noi căi de cercetare în multe boli, dincolo de Alzheimer.
„Ne-am concentrat în mod special pe boala Alzheimer, dar interacțiunile 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 metaboliților și a sănătății umane.
Acum, echipa dezvoltă în continuare aceste tehnologii de inteligență artificială pentru a studia interacțiunile dintre factorii genetici și de mediu (inclusiv alimentele și metaboliții intestinali) asupra sănătății și bolilor umane, inclusiv boala Alzheimer și alte boli complexe.
Articolul Inteligența artificială în îmbunătățirea tratamentului bolii Alzheimer apare prima dată în 360medical.ro.