هوش مصنوعی در جستجوی راز آلزایمر: کاوش در ارتباط بین روده و مغز!

اخیراً، یادگیری ماشینی به طور گسترده ای برای پیش بینی نحوه اتصال متابولیت های ایجاد شده در روده به گیرنده های روده و مغز مورد استفاده قرار گرفته است.

به گزارش سرگرمی روز، مجموعه ای از متابولیت ها و جفت های اتصال گیرنده که اخیرا توسط محققان ایجاد شده است، می تواند برای روشن شدن نقش میکروبیوم در بیماری آلزایمر استفاده شود.

محققان کلینیک کلیولند خواص بیش از 1 میلیون جفت گیرنده متابولیت بالقوه را ارزیابی کردند تا ببینند کدام یک ممکن است به یکدیگر متصل شوند. با شناسایی متابولیت هایی که به گیرنده های خاص متصل می شوند، محققان توانسته اند مسیرهای بیولوژیکی را که این متابولیت ها می توانند بر آنها تأثیر بگذارند و همچنین هدف گیرنده های خاص را شناسایی کنند.

مطالعه مورد نظر از طریق مجله Cell Reports در اختیار علاقه مندان قرار گرفت. دکتر فیکسیونگ چنگ، نویسنده اصلی مطالعه، 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 می دانیم برای هر کلید یک قفل وجود دارد. البته مشکل اینجاست که ما ده ها هزار گیرنده و هزاران متابولیت در بدن خود داریم و تشخیص اینکه کدام کلیدها به کدام قفل متصل می شوند فرآیندی کند و پرهزینه است. به همین دلیل تصمیم گرفتیم از هوش مصنوعی استفاده کنیم.»

سلامت روده چگونه بر سلامت مغز تأثیر می گذارد؟

وجود برخی متابولیت ها در روده تا حدی نشان دهنده وجود باکتری های خاص در آن محیط است، زیرا این متابولیت ها توسط باکتری ها با تجزیه مواد غذایی در روده ایجاد می شوند.

بیماری آلزایمر قبلاً با تغییرات خاصی در میکروبیوم روده در انسان مرتبط بوده است و این احتمال وجود دارد که روده از طریق نقش خود در عملکرد ایمنی بر سلامت مغز تأثیر می گذارد. این مطالعات از طریق مجموعه مجلات ناشر بریتانیایی Biomed Central در دسترس هستند.

دکتر استیو جندرن، متخصص ایمونولوژی و غدد درون ریز که در مطالعه اخیر شرکت نداشت، در توضیح مکانیسم های احتمالی، قیاس زیر را انجام داد:

روده را به عنوان یک بازار شلوغ در نظر بگیرید که در آن انواع مواد شیمیایی مبادله می شود. این مواد شیمیایی می توانند از جریان خون استفاده کرده و به ایستگاه مرکزی مغز برسند. دانشمندان بر این باورند که این خط ارتباطی می تواند بر سلامت مغز تأثیر بگذارد زیرا اگر بازار (روده) شروع به فروش اقلام نامناسب (مانند مواد شیمیایی التهابی) کند، احتمال انحطاط مغز وجود دارد، همان مشکلی که در آلزایمر می بینیم. درست مثل استفاده از مواد فاسد هنگام پخت کیک!

اگرچه نقش سیستم ایمنی در بیماری آلزایمر به خوبی شناخته نشده است، اما تحقیقات التهاب را با افزایش خطر ابتلا به این بیماری مرتبط می‌دانند و موافق هستند که التهاب مزمن ممکن است در شروع این بیماری نقش داشته باشد.

دکتر چنگ، نویسنده اصلی این مطالعه، افزود: بیماری آلزایمر به دلیل عدم درمان موثر، یک بیماری چالش برانگیز است. با این حال، محور مغز-روده پتانسیل زیادی برای درمان اختلالات مغزی نشان داده است.

استفاده از هوش مصنوعی برای کشف مسیرهای پنهان پشت بیماری آلزایمر

اگر بتوان از اتصال متابولیت های مضر به گیرنده ها جلوگیری کرد، خطر ابتلا به بیماری آلزایمر نیز کاهش می یابد. برای شناسایی جفت های اتصال، محققان درگیر در این مطالعه ابتدا یک تجزیه و تحلیل ژنتیکی برای شناسایی ارتباط بین گیرنده های 408 و بیماری آلزایمر انجام دادند.

با استفاده از کد ژنتیکی این گیرنده‌ها، محققان از منابع هوش مصنوعی موجود (AI) برای پیش‌بینی شکل پروتئین‌های اتصال‌دهنده استفاده کردند. این روش بینش خوبی در مورد شکل نواحی اتصال گیرنده می دهد.

سپس محققان توانستند پیش بینی کنند که کدام متابولیت ها و چگونه به این گیرنده ها متصل می شوند. بیشتر متابولیت های شناسایی شده لیپید یا متابولیت های لیپید مانند هستند.

و در مورد اهداف جدید درمان آلزایمر چطور؟

محققان همچنین در حال بررسی چگونگی پاسخ این گیرنده ها به میکروبیوم افراد مبتلا به بیماری آلزایمر هستند. آنها با بررسی باکتری‌هایی که در میکروبیوم افراد مبتلا به آلزایمر به وفور یافت می‌شوند، دو متابولیت آگماتین و فن‌تیل‌آمین را شناسایی کردند که به‌طور فراوان به‌ترتیب توسط Bacteroides fragilis و Ruminococcus تولید می‌شوند.

سپس محققان تصمیم گرفتند با استفاده از سلول‌های بنیادی افراد مبتلا به آلزایمر، تأثیر این متابولیت‌ها را بر نورون‌های بیماران مشاهده کنند.

آنها دریافتند که آگماتین سطوح p-tau181، p-tau205 و کل پروتئین تاو را کاهش می دهد. مطالعات اضافی بر روی فن اتیل آمین همچنین 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 امیدوارکننده است، زیرا تجمع بیش از حد پروتئین تاو با ایجاد بیماری آلزایمر مرتبط است.

چنگ گفت: “در مطالعات حاضر، ما فقط فسفوریلاسیون تاو را اندازه گیری کردیم زیرا فسفوریلاسیون تاو یک سنجش پایدار و دقیق است.” ما همچنین در حال انجام مطالعات پیش بالینی (حیوانی) اضافی برای بررسی بیشتر اثربخشی متابولیت های روده (به عنوان مثال، آگماتین) هستیم و ممکن است این کار را در آزمایشات آینده در افراد مسن دنبال کنیم.”

نویسندگان این مطالعه خاطرنشان می‌کنند که 99 درصد از آزمایش‌های بالینی مداخلات دارویی برای بیماری آلزایمر شکست خورده است، و چنگ اضافه می‌کند که یافته‌های آنها ممکن است به یک هدف جدید اشاره کند:

این دقیقاً فرضیه ما را مطرح می‌کند: بهبود سلامت روده می‌تواند بر سطوح تاو در مغز تأثیر بگذارد و از بیماری آلزایمر پیشگیری یا حتی درمان کند. با این حال، برای بررسی این فرضیه در آینده به تحقیقات بیشتری نیاز داریم و در حال حاضر با استفاده از نمونه‌های حیوانی و انسانی روی آن کار می‌کنیم.»