Laskennalliset mallit ennustavat perinnöllisten metabolisten sairauksien tunnettuja biomarkkereita

Me kaikki olemme ainutlaatuisia. Terveytemme määrää luontaiset geneettiset erot yhdistettynä elämäntapoihimme ja elinympäristöihimme.

Tämä ainutlaatuinen identiteetti tarkoittaa, että "yksi koko sopii" -lähestymistapaa ei enää hyväksytä parhaaksi tapaksi hallita yksilöllistä terveyttämme. Uusille "henkilökohtaisille" lähestymistavoille on tarvetta hallita paremmin terveyttämme ja kohdentaa hoitoja optimaalisten terveystulosten saavuttamiseksi.

Yhdistämällä ja analysoimalla tietoa genomistamme, muiden kliinisten ja diagnostisten tietojen kanssa, voidaan tunnistaa malleja, jotka voivat auttaa määrittämään yksilöllisen riskimme sairastua, havaita sairaus aikaisemmin ja määrittää tehokkaimmat toimenpiteet terveyden parantamiseksi, olipa ne lääkkeitä, elämäntapavalinnat, tai jopa yksinkertaisia ​​muutoksia ruokavalioon.

Tutkijat, professori Ines Thielen johdolla, johtava tutkija APC Microbiome Ireland SFI Research Centerissä, joka sijaitsee Irlannin kansallisessa yliopistossa, Galway, ovat kehittäneet koko kehon laskentamalleja - Harvey ja Harvetta.

Nämä virtuaaliset ihmiset edustavat koko kehon aineenvaihduntaa, fysiologia, ruokavalio ja suoliston mikrobiomi. Nämä uudet mallit ennustavat onnistuneesti perinnöllisten aineenvaihduntasairauksien tunnettuja biomarkkereita ja mahdollistavat ihmisten ja heidän suoliston mikrobiomien välisen mahdollisen metabolisen vuorovaikutuksen tutkimisen henkilökohtaisella tasolla.

Tarkkuus, tai henkilökohtainen, lääketiede vaatii realistista mekaanisia laskennallisia malleja, jotka kuvaavat ihmisen monimutkaisuutta, joka edustaa kunkin yksilön fysiologiaa, ruokailutottumukset, aineenvaihdunta ja mikrobiomit. Molekyylibiologia on antanut suuren käsityksen ihmissolujen osaluettelosta, mutta on edelleen haastavaa integroida nämä osat virtuaaliseen kokonaiseen ihmiskehoon.

Virtual Human Physiome -hanke on tuottanut kattavia laskennallisia malleja ihmisen elinten anatomiasta ja fysiologiasta, mutta sitä ei ole vielä yhdistetty molekyylitason prosesseihin ja niiden taustalla oleviin geeniverkostoihin, proteiinit, ja biokemialliset reaktiot.

Prof Thielen tiimi vastasi tähän haasteeseen kehittääkseen ensimmäisen koko kehon, sukupuolikohtainen, elinten ratkaistut laskennalliset mallit ihmisen aineenvaihdunnasta, joka yhdistää mekaanisesti anatomian ja fysiologian molekyylitason metabolisiin prosesseihin. Heidän tutkimuksensa julkaistaan ​​tänään arvostetussa Molecular Systems Biology -lehdessä.

Harvey ja Harvetta ovat virtuaalisia miesten ja naisten metabolisia malleja, vastaavasti, perustuu ihmisen aineenvaihduntaan liittyvään kirjallisuuteen ja tietoihin, anatomia ja fysiologia sekä biokemiallinen, metaboliset ja proteomiset tiedot.

Ne liittyvät toisiinsa anatomisesti koko kehon aineenvaihduntamalleina, koostuu yli 80, 000 biokemiallista reaktiota jaettuna 26 elimeen ja kuuteen verisolutyyppiin. Lisäksi, niitä voidaan laajentaa sisältämään suoliston mikrobien aineenvaihdunta. Nämä ainutlaatuiset mallit mahdollistavat yksilöllisten koko kehon aineenvaihduntamallien luomisen käyttäen yksilön fysiologisia, genominen, biokemialliset ja mikrobiomitiedot.

Koko kehon aineenvaihduntamalli

Henkilökohtaisten koko kehon aineenvaihduntamallien luominen on monitieteistä työtä. Koko kehon aineenvaihduntamallien kehittäminen vaati uusien algoritmien ja ohjelmistojen kehittämistä korkean ulottuvuuden biokemiallisten verkkojen rajoittamiseen perustuvaan mallintamiseen.

Koko kehon malli luodaan aloittamalla joukko ihmisen aineenvaihdunnan anatomisesti toisiinsa liittyviä geneerisiä rekonstruktioita. "

Ronan Fleming, Opinto-osan tekijä ja apulaisprofessori, Leidenin akateeminen huumetutkimuskeskus, Leidenin yliopisto

"Tällä luonnosmallilla oli yli 300 tuhatta mittaa, joka sitten supistettiin noin 80 tuhanteen elinkohtaiseen reaktioon käyttämällä tehokkaita algoritmeja ja tehokkaita laskentatiloja. "

"Harvey ja Harvetta aloittavat uuden aikakauden syy-isäntä-mikrobiomisuhteiden tutkimiseen ja nopeuttavat suuresti kohdennettujen ruokavalion ja mikrobien interventiostrategioiden kehittämistä", sanoi professori Ines Thiele, jotka johtavat tutkimusta.

"Nämä mallit voisivat nopeuttaa tietoa sukupuolikohtaisten sairauksien kehittymiseen ja etenemiseen liittyvistä reiteistä. ansiosta kyky mukauttaa koko kehon aineenvaihduntamallit kliinisillä, fysiologinen, ja omics -tiedot, ne ovat merkittävä askel kohti yksilöllistä, ruokavalion ja lääkkeiden interventioiden sekä lääkemyrkyllisyyden ennustava mallinnus, joka on tarkkuuslääketieteen ytimessä. "

• Uusia oivalluksia siitä, miten parenteraaliset öljyemulsiot ehkäisevät maksasairauksia ennenaikaisilla vauvoilla
• Tutkijat löytävät yhteyden aivohalvaukseen liittyvien aivoverisuonten poikkeavuuksien ja suolistobakteerien välillä