Группа исследователей клиники Майо разработала инновационный вычислительный инструмент, который анализирует микробиом кишечника — сложную экосистему из триллионов бактерий, грибков, вирусов и других микроорганизмов в пищеварительной системе, — чтобы предоставить информацию об общем благополучии человека.
В новом исследовании , опубликованном в Nature Communications , инструмент продемонстрировал точность не менее 80% в дифференциации здоровых людей от людей с любым заболеванием. Инструмент был разработан путем анализа профилей микробиома кишечника в кале из более чем 8000 образцов, представляющих различные заболевания, географические регионы и демографические группы.
Инструмент, названный Gut Microbiome Wellness Index 2, может обнаруживать даже незначительные изменения в здоровье кишечника, определяя, прогрессирует ли человек к заболеванию или выздоравливает от него. Исследователи использовали методы биоинформатики и машинного обучения для анализа профилей кишечного микробиома в образцах стула, собранных в 54 опубликованных исследованиях, охватывающих 26 стран и шесть континентов. Этот подход дал разнообразный и всеобъемлющий набор данных.
Эта возможность решает давние проблемы в исследовании человеческого микробиома, включая определение того, что представляет собой «здоровый» микробиом, и выявление ранних индикаторов потенциальных проблем со здоровьем. Она также заполняет значительный пробел в существующих инструментах измерения здоровья и благополучия.
Микробиом кишечника играет решающую роль в пищеварении, обмене веществ и иммунной функции, и исследователи обнаружили, что дисбаланс микробиома кишечника может быть связан с различными хроническими заболеваниями.
«Наконец-то у нас есть стандартизированный индекс для количественной оценки того, насколько «здоров» микробиом кишечника человека», — говорит доктор философии, старший автор и специалист по вычислительной биологии в программе микробиомики Центра индивидуализированной медицины клиники Майо Джаюн Сон.
«Наш инструмент не предназначен для диагностики конкретных заболеваний, а скорее для того, чтобы служить проактивным индикатором здоровья», — добавляет он. «Выявляя неблагоприятные изменения в здоровье кишечника до возникновения серьезных симптомов, инструмент может потенциально информировать об изменениях в диете или образе жизни, чтобы предотвратить перерастание легких проблем в более серьезные состояния здоровья или побудить к дальнейшему диагностическому тестированию. Имея возможность ответить, здоров ли кишечник человека или имеет тенденцию к болезненному состоянию, мы в конечном итоге стремимся дать людям возможность предпринимать проактивные шаги в управлении собственным здоровьем».
Процесс разработки инструмента включал идентификацию видов микроорганизмов, тщательный выбор наиболее релевантных характеристик и оптимизацию модели машинного обучения.
Конечным результатом является индекс, который проверяет образец микробиома кишечника и количественно определяет, насколько он похож на здорового (не имеющего заболеваний) или нездорового (больного) человека.
Исследовательская группа сначала протестировала индекс на обучающей выборке из более чем 8000 образцов микробиома, а затем подтвердила свою работу на новой когорте из 1140 образцов.
Команда также протестировала свой инструмент в различных клинических ситуациях, в том числе на людях, перенесших трансплантацию фекальной микробиоты, а также на людях, изменивших потребление пищевых волокон или подвергшихся воздействию антибиотиков, чтобы продемонстрировать его способность выявлять изменения в здоровье кишечника.
Gut Microbiome Wellness Index 2 основывается на оригинальном инструменте команды, включив более широкий спектр данных и используя усовершенствованные вычислительные методы. Команда надеется, что эта новая версия повысит точность оценки здоровья кишечника и мониторинга изменений в микробиоме кишечника .
Доктор Сун и его команда планируют продолжить разработку Индекса здоровья микробиома кишечника 2, расширив его набор данных и включив в него более широкий спектр образцов микробиома из различных популяций, а также добавив более продвинутые методы искусственного интеллекта для повышения точности прогнозов и адаптивности инструмента.
