ידוע כי חיידקי הבטן הם גורם מפתח בדאגות רבות הקשורות לבריאות. עם זאת, מספרם ומגווןם הוא עצום, כמו גם הדרכים בהן הם מתקשרים עם הכימיה של הגוף זה לזה. לראשונה, חוקרים מאוניברסיטת טוקיו השתמשו בסוג מיוחד של בינה מלאכותית הנקראת רשת עצבית בייסית כדי לחקור מערך נתונים על חיידקי מעיים על מנת למצוא מערכות יחסים שכלים אנליטיים נוכחיים לא יכלו לזהות באופן אמין.
גוף האדם כולל כ- 30 טריליון עד 40 טריליון תאים, אך המעיים שלך מכילים כ- 100 טריליון חיידקים מעי. מבחינה טכנית אתה סוחב יותר תאים שאינם אתה מאשר. אוכל למחשבה. ואם כבר מדברים על מזון, חיידקי הבטן הללו אחראים כמובן להיבטים מסוימים של עיכול, אם כי מה שמפתיע לחלקם הוא כיצד הם יכולים להתייחס גם להיבטים רבים אחרים של בריאות האדם. החיידקים מגוונים להפליא וגם מייצרים ומשנים מספר מבולבל של כימיקלים שונים הנקראים מטבוליטים. אלה פועלים כמו שליחים מולקולריים, מחלחלים לגופך, משפיעים על הכל, החל ממערכת החיסון שלך ומטבוליזם ועד לתפקוד המוח שלך ולמצב הרוח שלך. למותר לציין שיש הרבה מה להשיג על ידי הבנת חיידקי הבטן.
"הבעיה היא שאנחנו רק מתחילים להבין אילו חיידקים מייצרים אילו מטבוליטים אנושיים וכיצד מערכות יחסים אלה משתנות במחלות שונות", אמר חוקר הפרויקטים טונג דנג ממעבדת צונודה במחלקה למדעים ביולוגיים. "על ידי מיפוי מדויק של מערכות יחסים בין חיידקים-כימיים אלה, נוכל לפתח טיפולים בהתאמה אישית. דמיין היכולת לגדל חיידק ספציפי לייצור מטבוליטים אנושיים מועילים או לתכנן טיפולים ממוקדים המשנים מטבוליטים אלה לטיפול במחלות."
זה נשמע טוב, אז מה הבעיה? כאמור, ישנם חיידקים ומטבוליטים רבים ומגוונים באופן בלתי נסבל, ולכן מערכות יחסים רבות יותר בין הדברים הללו. איסוף נתונים על זה בלבד הוא התחייבות מונומנטלית אך מבטלת את הנתונים כדי למצוא דפוסים מעניינים שעשויים לבגוד בפונקציה שימושית כלשהי זה עוד יותר. לשם כך, דנג וצוותו החליטו לחקור את השימוש בכלי בינה מלאכותית חדישה (AI).
המערכת שלנו, Vbayesmm, מבדילה אוטומטית על שחקני המפתח המשפיעים באופן משמעותי על מטבוליטים מהרקע העצום של חיידקים פחות רלוונטיים, תוך שהם גם מכירים בחוסר וודאות ביחס למערכות היחסים החזויות, במקום לספק תשובות בטעות יתר אך עלולות להיות שגויות. כאשר נבדקו על נתונים אמיתיים מהפרעת שינה, מחקרי השמנת יתר וסרטן, הגישה שלנו ביצעה בעקביות את השיטות הקיימות וזיהתה משפחות חיידקים ספציפיות המתאימות לתהליכים ביולוגיים ידועים, מה שמאפשר ביטחון שהוא מגלה קשרים ביולוגיים אמיתיים ולא דפוסים סטטיסטיים חסרי משמעות. "
טונג דנג, חוקר, המחלקה למדעים ביולוגיים, בית הספר למדע, אוניברסיטת טוקיו
מכיוון ש- VBAYESMM יכול להתמודד ולתקשר סוגיות של אי וודאות, זה נותן לחוקרים יותר ביטחון מאשר כלי שאינו. למרות שהמערכת מותאמת כדי להתמודד עם עומסי עבודה אנליטיים כבדים, כריית מערכי נתונים ענקיים כאלה עדיין מגיעה עם עלות חישובית גבוהה; עם זאת, ככל שיעבור הזמן, זה יהפוך פחות ופחות מחסום למי שרוצה להשתמש בו. מגבלות אחרות כיום כוללות כי המערכת נהנית מלהיות יותר נתונים על חיידקי המעיים מאשר המטבוליטים שהם מייצרים; כאשר אין מספיק נתוני חיידקים, הדיוק יורד. כמו כן, Vbayesmm מניח שהמיקרובים פועלים באופן עצמאי, אך במציאות, חיידקי הבטן מתקשרים במספר דרכים מורכב להפליא.
"אנו מתכננים לעבוד עם מערכי נתונים כימיים מקיפים יותר התופסים את המגוון המלא של מוצרי חיידקים, אם כי זה יוצר אתגרים חדשים בקביעת האם כימיקלים מגיעים מחיידקים, גוף האדם או מקורות חיצוניים כמו דיאטה," אמר דנג. "אנו שואפים גם להפוך את Vbayesmm לחזקה יותר בעת ניתוח אוכלוסיות חולים מגוונות, תוך שילוב קשרי 'אילן יוחסין' חיידקי כדי ליצור תחזיות טובות יותר, והפחתת עוד יותר את זמן החישוב הדרוש לניתוח. ליישומים קליניים, המטרה הסופית היא זיהוי יעדים חיידקיים ספציפיים לטיפולים או להתרבות תזונתית העלולה למעשה לעזור לחולים, לעבר מחקרים רפואיים."
