استفاده از میکروبیوم روده به عنوان قطب نمای سلامت

میکروبیوم انسان می تواند اطلاعاتی در مورد خطر ابتلا به بیماری کبد چرب غیر الکلی ارائه دهد. این توسط یک تیم بین‌المللی به رهبری موسسه تحقیقات محصولات طبیعی و زیست‌شناسی عفونت لایب‌نیتس – موسسه Hans Knöll کشف شده است. محققان مدلی را توسعه دادند که می تواند سیر احتمالی بیماری را بر اساس ترکیب میکروبی موجود در روده پیش بینی کند. این مطالعه در منتشر شده است پزشکی ترجمه علوم.

بیش از 25 درصد از جمعیت جهان به بیماری کبد چرب غیر الکلی (NAFLD) مبتلا هستند، که در آن میزان افزایش سلول های چربی در کبد تشکیل می شود. این بیماری شایع ترین بیماری مزمن کبدی در کشورهای صنعتی جهان است و بر خلاف بیماری کبد چرب الکلی، ناشی از مصرف زیاد الکل نیست. در برخی افراد، NAFLD شناسایی نشده می تواند منجر به زخم کبد، سرطان کبد یا نارسایی کبد شود.

در یک مطالعه طولانی مدت، یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی به رهبری جیانی پاناژیوتو، رهبر گروه تحقیقاتی برای سیستم‌های زیست‌شناسی و بیوانفورماتیک در لایب‌نیتس HKI، نمونه‌های مدفوع و خون 1200 نفر را که در ابتدا فاقد NAFLD بودند، تجزیه و تحلیل کردند. Panagiotou توضیح می دهد: “قبلاً ثابت شده است که میکروارگانیسم های موجود در روده انسان به توسعه NAFLD کمک می کنند. ما می خواستیم بفهمیم که آیا میکروبیوم یک فرد سالم می تواند پیش بینی کند که آیا آنها در آینده به NAFLD مبتلا می شوند یا خیر.”

هنگامی که افراد چهار سال بعد دوباره مورد بررسی قرار گرفتند، مشخص شد که 90 نفر از آنها از آن زمان به NAFLD مبتلا شده بودند. نمونه هایی از افراد مبتلا با یک گروه کنترل شامل 90 نفر که در ابتدا یا در ویزیت بعدی NAFLD نداشتند، مقایسه شدند. هاول لئونگ، نویسنده اول از گروه Panagiotou در لایبنیتز HKI توضیح می دهد: “با استفاده از روش های مختلف، ما توانستیم تفاوت های بسیار ظریفی را در نمونه هایی که چهار سال قبل گرفته بودیم پیدا کنیم.” با این داده‌ها، ما توانستیم مدلی ایجاد کنیم که می‌تواند بر اساس میکروبیوم با ۸۰ درصد اطمینان، پیش‌بینی کند که چه کسی در آینده به NAFLD مبتلا خواهد شد.

در حال حاضر مدل های بالینی وجود دارد که از پارامترهای بیوشیمیایی در خون برای پیش بینی با دقت 60 درصد استفاده می کنند. Panagiotou می‌گوید: «مدلی که ما ایجاد کردیم، اطلاعات به‌راحتی قابل اندازه‌گیری از خون را با داده‌های میکروبیوم ترکیب می‌کند و بنابراین می‌تواند قابلیت اطمینان را بسیار افزایش دهد.»

پیش بینی بیماری از طریق یادگیری ماشینی

این تیم تحقیقاتی یک مدل به اصطلاح یادگیری ماشین را توسعه دادند – یک مدل کامپیوتری که برای تشخیص الگوهای خاص در مجموعه ای از داده ها آموزش دیده است. سپس مدل می تواند از این الگوها برای تجزیه و تحلیل مجموعه داده های جدید استفاده کند و در این مورد، بیماری کبد چرب غیرالکلی احتمالی را پیش بینی کند. Panagiotou می گوید: “کل فرآیند توسعه مدل ما به دلیل پیچیدگی داده ها بیش از سه سال طول کشید. با این حال، در نهایت ما موفق بودیم و توانستیم ابزار مفیدی برای پیش بینی NAFLD ایجاد کنیم.”

بیماری کبد چرب غیر الکلی در مراحل پایانی برگشت ناپذیر است و در بدترین موارد حتی می تواند منجر به سرطان کبد شود. بنابراین افرادی که قبلاً از یک پیش ساز رنج می برند یا به ویژه در معرض خطر هستند، باید زودتر شناسایی شوند تا بتوانند با این بیماری مقابله کنند. جیانی پاناژیوتو توضیح می دهد: “NAFLD یک بیماری خاموش است. این بدان معنی است که در بیشتر موارد بدون علامت است و معمولاً فقط به طور تصادفی تشخیص داده می شود.” تعداد آلمانی هایی که از NAFLD رنج می برند حدود 12 میلیون تخمین زده می شود. افراد مبتلا به بیماری های قبلی مانند دیابت نوع 2، چاقی، فشار خون بالا یا دیس لیپیدمی به ویژه تحت تأثیر بیماری کبد چرب قرار می گیرند.

برنامه های احتمالی و مراحل بعدی

محققان با استفاده از مدل یادگیری ماشینی خود توانسته‌اند نتایج خود را با داده‌های بیماران از ایالات متحده و اروپا مقایسه و تأیید کنند. در گام بعدی، Panagiotou قصد دارد این مطالعه را در سطح جهانی انجام دهد و از هوش مصنوعی برای ادغام مجموعه داده‌های بزرگتر در مطالعه استفاده کند.

Panagiotou می گوید: “من تشخیص مبتنی بر میکروبیوم را چیزی می بینم که در ده سال آینده به عمل بالینی می رسد و پتانسیل بالایی دارد.” درمان زودهنگام عوامل خطر بیماری کبد چرب غیر الکلی، مانند دیابت نوع 2، فشار خون بالا و چاقی، می تواند پیشرفت این بیماری را متوقف کند. بنابراین، پیش آگهی اولیه تنها راه پیشگیری از این بیماری است.

ارائه شده توسط Leibniz-HKI