عصر ایران - به تازگی از یادگیری ماشینی برای پیش بینی نحوه اتصال متابولیت های ایجاد شده در روده با گیرنده های موجود در روده و مغز استفاده بسیاری شده است.
مجموعه ای از متابولیت ها و جفت های متصل شونده به گیرنده که اخیرا توسط محققان ایجاد شده اند، می توانند به منظور روشن کردن نقش میکروبیوم در بیماری آلزایمر مورد استفاده قرار گیرند.
محققان کلینیک کلیولند ویژگی های بیش از 1 میلیون جفت بالقوه متابولیت و گیرنده را ارزیابی کرده اند تا ببینند که کدام یک از آنها می توانند به یکدیگر متصل شوند. با شناسایی متابولیت های متصل به گیرنده های خاص، محققان توانستند مسیرهای بیولوژیکی را که این متابولیت ها ممکن است تحت تاثیر قرار دهند و همچنین هدف برخی از گیرنده ها را شناسایی کنند.
مطالعه مورد نظر از طریق مجله سل ریپورتز در اختیار علاقه مندان قرار گرفته است. نویسنده اصلی این تحقیق دکتر Feixiong Cheng، مدیر مرکز ژنوم کلینیک کلیولند، در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح داد:
«متابولیت های روده کلید بسیاری از فرآیندهای فیزیولوژیکی در بدن ما هستند و همانطور که میدانیم برای هر کلید قفلی وجود دارد. البته مشکل این است که ما ده ها هزار گیرنده و هزاران متابولیت در بدن خود داریم و تشخیص اینکه کدام کلید با کدام قفل جفت و جور می شود، روندی کند و پرهزینه به شمار می رود. به همین دلیل است که تصمیم گرفتیم از هوش مصنوعی استفاده کنیم.»
وجود برخی متابولیت ها در روده تا حدی نشان دهنده حضور باکتری های خاص در این محیط است، زیرا این متابولیت ها از طریق تجزیه مواد غذایی در روده توسط باکتری ها ایجاد می شوند.
بیماری آلزایمر پیش از این نیز با تغییرات مشخص در میکروبیوم روده در انسان مرتبط شده است و احتمالا روده به واسطه نقشی که در عملکرد ایمنی دارد بر سلامت مغز اثر می گذارد. این مطالعات از طریق سری مجلات ناشر بریتانیایی بایومد مرکزی قابل دسترسی هستند.
دکتر استیو گندرون متخصص ایمونولوژی و غدد درون ریز که در مطالعه اخیر شرکت نداشته، در توضیح مکانیسم های احتمالی قیاس زیر را انجام داده است:
«روده را به عنوان یک بازار شلوغ تصور کنید که در آن انواع مواد شیمیایی مبادله می شوند. این مواد شیمیایی می توانند از جریان خون استفاده و به ایستگاه مرکزی مغز راه پیدا کنند. دانشمندان معتقد هستند که این خط ارتباطی ممکن است بر سلامت مغز اثر بگذارد زیرا اگر بازار (روده) شروع به فروش اقلام نامناسب (مانند مواد شیمیایی التهابی) کند، احتمال ابتلا به زوال مغز وجود خواهد داشت، یعنی همان مشکلی که در آلزایمر می بینیم. درست شبیه به این که از مواد فاسد در پخت کیک استفاده شده باشد!»
در حالی که نقش سیستم ایمنی در بیماری آلزایمر به خوبی شناخته نشده است، تحقیقات التهاب را با افزایش خطر ابتلا به این بیماری مرتبط می دانند و در این زمینه هم نظر هستند که التهاب مزمن می تواند در شروع بیماری مذکور نقش داشته باشد.
دکتر چنگ، نویسنده اصلی مطالعه، اضافه می کند: «بیماری آلزایمر یک بیماری چالش برانگیز به دلیل عدم وجود درمان موثر است. با این حال محور مغز-روده پتانسیل بالایی به منظور درمان اختلالات مغزی از خود نشان داده است.»
اگر بتوان از اتصال مضر متابولیت ها با گیرنده ها جلوگیری کرد، احتمال ابتلا به بیماری آلزایمر را نیز می توان کاهش داد. برای شناسایی جفت های متصل شونده، محققانی که در مطالعه حاضر بودند ابتدا یک تجزیه و تحلیل ژنتیکی برای شناسایی رابطه میان 408 گیرنده و بیماری آلزایمر انجام دادند.
محققان با استفاده از کد ژنتیکی این گیرنده ها، از منابع هوش مصنوعی (AI) موجود برای پیش بینی شکل پروتئین های قابل اتصال، استفاده کردند. این روش دید خوبی از شکل نواحی اتصال گیرنده ها به دست می دهد.
در ادامه محققان توانستند پیش بینی کنند که کدام متابولیت ها و چگونه به این گیرنده ها متصل می شوند. بیشتر متابولیت های کشف شده لیپید یا متابولیت های لیپید مانند بودند.
محققان همچنین چگونگی پاسخ این گیرنده ها به میکروبیوم افراد مبتلا به بیماری آلزایمر را بررسی کردند. آنها با بررسی باکتری هایی که در میکروبیوم افراد مبتلا به بیماری آلزایمر فراوان هستند، دو متابولیت آگماتین و فنتیل آمین را شناسایی کردند که به ترتیب توسط باکتروئیدس فراژیلیس و رومینوکوک به وفور تولید می شوند.
سپس محققان تصمیم گرفتند با استفاده از سلول های بنیادی افراد مبتلا به آلزایمر، تاثیر این متابولیت ها را بر نورون های بیماران زیر نظر بگیرند.
آنها دریافتند که آگماتین سطوح p-tau181، p-tau205، و پروتئین تاو کل را کاهش می دهد. مطالعات بیشتر روی فنتیل آمین نیز نشان داد که این متابولیت به طور قابل توجهی سطوح p-tau181، p-tau205 و تاو کل را در نورون ها به صورت وابسته به دوز کاهش می دهد.
این یک یافته امیدوار کننده است، زیرا تجمع بیش از حد پروتئین تاو با ایجاد بیماری آلزایمر مرتبط است.
چنگ گفت: «در مطالعات کنونی، ما صرفا فسفوریلاسیون تاو را اندازه‌گیری کردیم، زیرا فسفوریلاسیون تاو یک سنجش قوی و دقیق است. ما همچنین در حال انجام مطالعات پیش بالینی (حیوانی) بیشتری برای بررسی دقیق تر اثربخشی متابولیت های روده (به عنوان مثال، آگماتین) هستیم و ممکن است آن را در آزمایشات آینده و در افراد مسن نیز پیگیری کنیم.»
نویسندگان مطالعه خاطرنشان می کنند که 99 درصد از آزمایشات بالینی در مورد مداخلات دارویی برای بیماری آلزایمر موفقیت آمیز نبوده است و چنگ اضافه می کند که یافته های آنها می تواند به یک هدف جدید اشاره کند:
«این موضوع دقیقا همان فرضیه ما را شکل می دهد: بهبود سلامت روده ممکن است بر سطوح تاو در مغز تاثیر بگذارد، از بیماری آلزایمر پیشگیری یا حتی آن را درمان کند. با این حال، برای بررسی بیشتر این فرضیه به تحقیقات بیشتری در آینده نیاز داریم و اکنون با استفاده از نمونه های حیوانی و انسانی روی آن کار می کنیم.»