Modelos computacionais preveem biomarcadores conhecidos de doenças metabólicas hereditárias

Somos todos únicos. Nossa saúde é determinada por nossas diferenças genéticas inerentes combinadas com nosso estilo de vida e os ambientes em que vivemos.

p Essa identidade única significa que uma abordagem "tamanho único" não é mais aceita como a melhor maneira de gerenciar nossa saúde individual. Há uma demanda por novas abordagens "personalizadas" para melhor gerenciar nossa saúde e direcionar as terapias para alcançar resultados de saúde ideais.

p Ao combinar e analisar informações sobre nosso genoma, com outras informações clínicas e diagnósticas, padrões podem ser identificados que podem ajudar a determinar nosso risco individual de desenvolver doenças, detectar doenças mais cedo e determinar as intervenções mais eficazes para ajudar a melhorar a saúde, sejam eles medicamentos, escolhas de estilo de vida, ou mesmo mudanças simples na dieta.

p Pesquisadores, liderado pela Prof Ines Thiele, um investigador principal do APC Microbiome Ireland SFI Research Centre, que trabalha na National University of Ireland, Galway, desenvolveram modelos computacionais de corpo inteiro - Harvey e Harvetta.

p Esses humanos virtuais representam o metabolismo de todo o corpo, fisiologia, dieta e o microbioma intestinal. Esses novos modelos prevêem com sucesso biomarcadores conhecidos de doenças metabólicas hereditárias e permitem a exploração de potenciais interações metabólicas entre humanos e seus microbiomas intestinais em um nível pessoal.

p Precisão, ou personalizado, medicina requer realista, modelos computacionais mecanísticos que capturam a complexidade do ser humano que representa a fisiologia de cada indivíduo, hábitos de dieta, metabolismo e microbiomas. A biologia molecular proporcionou uma grande compreensão da "lista de peças" das células humanas, mas continua sendo um desafio integrar essas partes em um corpo humano inteiro virtual.

p O projeto Virtual Human Physiome gerou modelos computacionais abrangentes sobre a anatomia e fisiologia dos órgãos humanos, mas ainda não foi conectado com processos de nível molecular e suas redes subjacentes de genes, proteínas, e reações bioquímicas.

p A equipe do Prof Thiele enfrentou este desafio para desenvolver o primeiro corpo inteiro, específico do sexo, modelos computacionais resolvidos por órgãos do metabolismo humano, que conectam mecanicamente a anatomia e a fisiologia com os processos metabólicos de nível molecular. Seu estudo foi publicado hoje na prestigiosa revista Molecular Systems Biology.

p Harvey e Harvetta são modelos metabólicos humanos virtuais masculinos e femininos, respectivamente, construído a partir da literatura e dados sobre o metabolismo humano, anatomia e fisiologia, bem como bioquímica, dados metabolômicos e proteômicos.

p Eles estão anatomicamente interconectados como modelos metabólicos de corpo inteiro, composta por mais de 80, 000 reações bioquímicas distribuídas por 26 órgãos e 6 tipos de células sanguíneas. Além disso, eles podem ser expandidos para incluir o metabolismo microbiano intestinal. Esses modelos exclusivos permitem a geração de modelos metabólicos personalizados de corpo inteiro usando a fisiologia de um indivíduo, genômico, dados bioquímicos e microbiomas.

Modelo metabólico de corpo inteiro

p A geração de modelos metabólicos personalizados de corpo inteiro é um esforço interdisciplinar. O desenvolvimento de modelos de metabolismo de corpo inteiro exigiu o desenvolvimento de novos algoritmos e software para modelagem baseada em restrições de redes bioquímicas de alta dimensão.

p Um modelo de corpo inteiro é gerado começando com um conjunto de reconstruções genéricas anatomicamente interconectadas do metabolismo humano. "

Ronan Fleming, Co-autor do estudo e professor assistente, Leiden Academic Center for Drug Research, Leiden University

p “Este esboço do modelo tinha mais de 300 mil dimensões, que foi então reduzido a aproximadamente 80 mil reações específicas de órgãos usando algoritmos eficientes e recursos de computação de alto desempenho. "

p "Harvey e Harvetta darão início a uma nova era para a pesquisa das relações causais entre hospedeiro e microbioma e acelerará muito o desenvolvimento de estratégias de intervenção alimentar e microbiana direcionadas", disse a Prof Ines Thiele, que lideram a pesquisa.

p "Esses modelos podem acelerar os insights sobre as vias envolvidas no desenvolvimento e progressão de doenças específicas do sexo. Além disso, graças à capacidade de personalizar os modelos metabólicos de corpo inteiro com clínicas, fisiológico, e dados ômicos, eles representam um passo significativo em direção à personalização, modelagem preditiva de intervenções dietéticas e medicamentosas e toxicidade medicamentosa, que está no cerne da medicina de precisão. "

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