חוקרי מרפאת קליבלנד משתמשים בבינה מלאכותית כדי לחשוף את הקשר בין מיקרוביום המעי למחלת אלצהיימר.
מחקרים קודמים הראו שלחולי מחלת אלצהיימר יש שינויים בחיידקי המעיים שלהם עם התפתחות המחלה. החדש שפורסם דוחות תאים המחקר מתאר שיטה חישובית כדי לקבוע כיצד תוצרי לוואי חיידקיים הנקראים מטבוליטים מתקשרים עם קולטנים בתאים ותורמים למחלת האלצהיימר.
Feixiong Cheng, PhD, מנהלת הפתיחה של מרכז הגנום של קליבלנד קליניק עבדה בשיתוף פעולה הדוק עם מרכז Luo Ruvo לבריאות המוח והמרכז למיקרוביום ובריאות האדם (CMHH). המחקר מדרג את המטבוליטים והקולטנים לפי הסבירות שהם יתקשרו זה עם זה, והסבירות שהזוג ישפיע על מחלת האלצהיימר. הנתונים מספקים את אחת ממפות הדרכים המקיפות ביותר לחקר מחלות הקשורות למטבוליטים עד כה.
חיידקים משחררים מטבוליטים למערכות שלנו כשהם מפרקים את המזון שאנו אוכלים לאנרגיה. המטבוליטים מקיימים אינטראקציה עם תאים ומשפיעים עליהם, ומזינים תהליכים תאיים שיכולים להועיל או להזיק לבריאות. בנוסף למחלת האלצהיימר, חוקרים חיברו מטבוליטים למחלות לב, אי פוריות, סרטן והפרעות אוטואימוניות ואלרגיות.
מניעת אינטראקציות מזיקות בין מטבוליטים לתאים שלנו יכולה לעזור להילחם במחלות. חוקרים עובדים על פיתוח תרופות להפעלת או לחסום מטבוליטים מלהתחבר לקולטנים על פני התא. ההתקדמות בגישה זו איטית בגלל כמות המידע העצומה הדרושה לזיהוי קולטן מטרה.
מטבוליטים במעיים הם המפתח לתהליכים פיזיולוגיים רבים בגופנו, ולכל מפתח יש מנעול לבריאות האדם ולמחלות. הבעיה היא שיש לנו עשרות אלפי קולטנים ואלפי מטבוליטים במערכת שלנו, אז ההבנה הידנית של איזה מפתח נכנס לאיזה מנעול הייתה איטית ויקרה. זו הסיבה שהחלטנו להשתמש בבינה מלאכותית".
Feixiong Cheng, PhD, מנהלת הפתיחה, מרכז הגנום, קליניקת קליבלנד
הצוות של ד"ר צ'נג בדק האם מטבוליטים ידועים במעיים בגוף האדם עם פרופילי בטיחות קיימים עשויים להציע גישות מניעה אפקטיביות או אפילו התערבות עבור מחלת אלצהיימר או מחלות מורכבות אחרות אם יישומו באופן נרחב.
הסופר הראשון של המחקר ועמית פוסט-דוקטורט במעבדת Cheng Yunguang Qiu, PhD עמד בראש צוות שכלל את J. Mark Brown, PhD, מנהל המחקר, CMMH; ג'יימס לוורנץ, MD, מנהל מרפאת קליבלנד מרכז לואו רובו לבריאות המוח ומנהל המרכז לחקר מחלת אלצהיימר בקליבלנד; והנוירופסיכולוגית ג'סיקה קאלדוול, PhD, ABPP/CN. מנהלת המרכז למניעת תנועת אלצהיימר לנשים בקליבלנד קליניק נבדה.
הצוות השתמש בצורת בינה מלאכותית הנקראת למידת מכונה כדי לנתח למעלה מ-1.09 מיליון זוגות פוטנציאליים של קולטני מטבוליטים ולחזות את הסבירות שכל אינטראקציה תרמה למחלת האלצהיימר.
הניתוחים משולבים:
- נתונים גנטיים ופרוטאומיים ממחקרי מחלת אלצהיימר בבני אדם ופרה-קליניים
- קולטן (מבני חלבון) שונים וצורות מטבוליטים
- כיצד מטבוליטים שונים משפיעים על תאי מוח שמקורם במטופל
הצוות חקר את זוגות קולטני המטבוליטים בעלי הסבירות הגבוהה ביותר להשפיע על מחלת אלצהיימר בתאי מוח שמקורם בחולים עם מחלת אלצהיימר.
מולקולה אחת שהם התמקדו בה היא מטבוליט מגן הנקרא אגמטין, שנחשב כמגן על תאי המוח מפני דלקת ונזקים נלווים. המחקר מצא כי סביר להניח שאגמטין ייצור אינטראקציה עם קולטן בשם CA3R במחלת אלצהיימר.
טיפול בתאי עצב הנגועים באלצהיימר באמצעות אגמטין הפחית ישירות את רמות CA3R, מה שמעיד על המטבוליט והקולטן משפיעים זה על זה. לנוירונים שטופלו על ידי אגמטין היו גם רמות נמוכות יותר של חלבוני טאו מפוספסים, סמן למחלת אלצהיימר.
ד"ר צ'נג אומר שהניסויים הללו מדגימים כיצד אלגוריתמי הבינה המלאכותית של הצוות שלו יכולים לסלול את הדרך לאפיקי מחקר חדשים למחלות רבות מעבר לאלצהיימר.
"התמקדנו במיוחד במחלת האלצהיימר, אבל אינטראקציות עם קולטן מטבוליטים ממלאות תפקיד כמעט בכל מחלה המערבת חיידקים במעיים", אמר. "אנו מקווים שהשיטות שלנו יכולות לספק מסגרת לקידום כל התחום של מחלות הקשורות למטבוליטים ובריאות האדם". כעת, ד"ר צ'נג והצוות שלו מפתחים ומיישמים את טכנולוגיות הבינה המלאכותית הללו כדי לחקור אינטראקציות בין גורמים גנטיים וסביבתיים (כולל מזון ומטבוליטים במעיים) על בריאות האדם ומחלות, כולל מחלת אלצהיימר ומחלות מורכבות אחרות.
