Într-un nou studiu publicat în Rapoarte de celulecercetătorii au dezvoltat o abordare de ultimă oră a biologiei sistemelor care combină inteligența artificială (AI), genetica și analizele multi-omice pentru a explora modul în care metaboliții produși de bacteriile intestinale pot influența boala Alzheimer.
Studiul identifică receptori specifici din corpul uman cu care acești metaboliți interacționează, care pot deschide noi orizonturi pentru intervenția terapeutică. Această descoperire importantă ar putea duce la dezvoltarea de noi medicamente care vizează aceste interacțiuni, oferind speranță pentru tratarea sau chiar prevenirea bolii Alzheimer.
Boala Alzheimer este o tulburare neurodegenerativă progresivă care afectează în principal adulții în vârstă și se caracterizează prin deteriorarea funcțiilor cognitive, cum ar fi memoria și gândirea. Se caracterizează prin acumularea de plăci beta amiloid și încurcături de proteine tau în creier, care interferează cu funcția neurologică și duce la moartea celulelor.
Cauza exactă a bolii Alzheimer nu este pe deplin înțeleasă, dar se crede că implică o combinație de factori genetici, de stil de viață și de mediu care afectează creierul în timp. Pe măsură ce boala progresează, afectează grav viața de zi cu zi și independența, ceea ce o face una dintre cele mai frecvente cauze de demență în rândul persoanelor în vârstă.
Cercetările anterioare au demonstrat că pacienții cu boala Alzheimer experimentează modificări ale bacteriilor intestinale pe măsură ce boala progresează. Aceste bacterii produc metaboliți care pot afecta sănătatea creierului, ceea ce poate contribui la dezvoltarea bolii. Cu toate acestea, căile specifice prin care acţionează aceşti metaboliţi au rămas în mare parte obscure.
Acest decalaj în înțelegere a determinat un nou studiu, care urmărește să cartografieze interacțiunile dintre acești metaboliți și receptorii umani pe care îi afectează. Studiul a fost realizat de Feixiong Cheng și echipa sa și a reunit experți de la Cleveland Clinic Genome Center, Lou Ruvo Center for Brain Health și Center for the Microbiome and Human Health.
Cercetătorii au analizat mai mult de un milion de perechi potențiale metabolit-receptor folosind algoritmi de învățare automată pentru a prezice interacțiunile cele mai susceptibile de a afecta boala. Datele genetice, inclusiv randomizarea mendeliană, au completat aceste predicții prin evaluarea cauzalității și a implicării receptorilor.
„Meboliții intestinali sunt cheia multor procese fiziologice din corpul nostru și pentru fiecare cheie există un blocaj pentru sănătatea și boala umană”, a spus Cheng. „Problema este că avem zeci de mii de receptori și mii de metaboliți în sistemul nostru, așa că a afla manual ce cheie intră în care încuietoare a fost lent și costisitor, de aceea am decis să folosim inteligența artificială.
Studiul a inclus, de asemenea, validarea experimentală folosind neuroni derivați de la pacienții cu Alzheimer, în care metaboliții specifici au fost testați pentru efectul lor asupra nivelurilor tau, un biomarker cheie al progresiei bolii. Această abordare cu mai multe fațete a permis cercetătorilor să cartografieze interacțiunile importante în cadrul axei intestin-creier, evidențiind potențialele ținte terapeutice pentru boala Alzheimer.
Una dintre cele mai izbitoare descoperiri ale studiului a fost identificarea receptorilor specifici cuplați cu proteina G (GPCR) care interacționează cu metaboliții produși de bacteriile intestinale. Cercetătorii s-au concentrat pe GPCR orfani, ai căror activatori naturali sunt necunoscuți, și au descoperit că anumiți metaboliți pot activa acești receptori. Această descoperire este deosebit de interesantă, deoarece deschide noi căi pentru dezvoltarea medicamentelor, țintind acești receptori pentru a-și modula activitatea pentru a beneficia de prevenirea sau atenuarea bolilor.
Dintre metaboliții studiați, fenetilamina și agmatina s-au remarcat prin efectele lor asupra proteinelor tau, care sunt implicate în neurodegenerarea caracteristică bolii Alzheimer. Studiul a arătat că acești metaboliți pot modifica semnificativ nivelurile de proteine tau fosforilate în neuronii derivați de la pacienții cu Alzheimer. Agmatina, în special, a arătat un efect protector prin reducerea fosforilării dăunătoare tau, sugerând că ar putea fi un potențial candidat pentru dezvoltarea terapeutică.
Aplicarea modelelor de învățare automată a fost esențială în prezicerea interacțiunilor dintre mai mult de un milion de perechi metabolit-receptor. Această abordare de mare debit nu numai că a simplificat procesul de identificare a interacțiunilor relevante, dar a îmbunătățit și înțelegerea mecanismelor complexe prin care microbiota intestinală poate influența sănătatea creierului. Prin integrarea analizelor genetice și a datelor experimentale, cercetătorii au reușit să valideze aceste predicții și să-și îmbunătățească înțelegerea axei intestin-creier în contextul bolii Alzheimer.
Deși autorii studiului sunt promițători, ei recunosc câteva limitări. Complexitatea axei intestin-creier înseamnă că rezultatele sunt preliminare și necesită validare suplimentară prin studii experimentale și clinice. Cercetările viitoare vor trebui să confirme aceste interacțiuni in vivo și să exploreze potențialul terapeutic al modulării acestor căi.
În plus, studiul s-a concentrat în primul rând pe reacțiile biochimice la nivel molecular, fără a lua în considerare factorii fiziologici și de mediu mai largi care pot influența aceste procese în sistemul viu.
Cu toate acestea, cercetarea a oferit un cadru valoros pentru înțelegerea modului în care metaboliții din bacteriile intestinale influențează sănătatea și boala creierului. Implicațiile acestor descoperiri se extind dincolo de boala Alzheimer, deoarece metodologiile și perspectivele pot fi aplicate altor boli neurologice și sistemice influențate de microbiomul intestinal.
„Ne-am concentrat în mod special pe boala Alzheimer, dar interacțiunile dintre receptorii metaboliților joacă un rol în aproape toate bolile care implică microbiomul intestinal”, a spus Cheng. „Sperăm că metodele noastre oferă un cadru pentru progresul în domeniul bolilor legate de metabolism și al sănătății umane în ansamblu.”
Studiul, „Caracterizarea sistematică a peisajului multi-omic dintre metaboliții microbieni intestinali și GPCRome în boala AlzheimerScris de Yunguang Qiu, Yuan Hou, Dhruv Gohel, Yadi Zhou, Jielin .
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”