Výpočtové modely predpovedajú známe biomarkery dedičných metabolických chorôb

Všetci sme jedineční. Naše zdravie je determinované našimi inherentnými genetickými rozdielmi v kombinácii s naším životným štýlom a prostredím, v ktorom žijeme.

Táto jedinečná identita znamená, že prístup „univerzálnej veľkosti“ už nie je akceptovaný ako najlepší spôsob riadenia nášho individuálneho zdravia. Existuje dopyt po nových „personalizovaných“ prístupoch s cieľom lepšie riadiť naše zdravie a zamerať terapie na dosiahnutie optimálnych zdravotných výsledkov.

Kombináciou a analýzou informácií o našom genóme s inými klinickými a diagnostickými informáciami, je možné identifikovať vzorce, ktoré môžu pomôcť určiť naše individuálne riziko vzniku chorôb, odhaliť chorobu skôr a určiť najúčinnejšie opatrenia, ktoré pomôžu zlepšiť zdravie, či sú to lieky, výber životného štýlu, alebo dokonca jednoduché zmeny v strave.

Vedci, pod vedením profesora Inesa Thieleho, hlavný vyšetrovateľ vo výskumnom centre APC Microbiome Ireland SFI, so sídlom na Írskej národnej univerzite, Galway, vyvinuli výpočtové modely pre celé telo - Harvey a Harvetta.

Títo virtuálni ľudia predstavujú metabolizmus celého tela, fyziológia, diéta a črevný mikrobióm. Tieto nové modely úspešne predpovedajú známe biomarkery dedičných metabolických chorôb a umožňujú skúmať potenciálne metabolické interakcie medzi ľuďmi a ich črevnými mikrobiómami na osobnej úrovni.

Presnosť, alebo prispôsobené, medicína vyžaduje realitu, mechanistické výpočtové modely, ktoré zachytávajú zložitosť človeka a predstavujú fyziológiu každého jednotlivca, diétne návyky, metabolizmus a mikrobiómy. Molekulárna biológia poskytla veľký pohľad na „zoznam súčastí“ ľudských buniek, integrovať tieto časti do virtuálneho celého ľudského tela však zostáva náročné.

Projekt Virtual Human Physiome vygeneroval komplexné výpočtové modely o anatómii a fyziológii ľudských orgánov, ale ešte musí byť spojený s procesmi na molekulárnej úrovni a ich základnými sieťami génov, bielkoviny, a biochemické reakcie.

Tím profesora Thieleho sa vysporiadal s touto výzvou, aby vyvinul prvé celé telo, špecifické pre pohlavie, orgánovo rozlíšené výpočtové modely ľudského metabolizmu, ktoré mechanicky spájajú anatómiu a fyziológiu s metabolickými procesmi na molekulárnej úrovni. Ich štúdia je dnes publikovaná v prestížnom časopise Molecular Systems Biology.

Harvey a Harvetta sú virtuálne metabolické modely mužov a žien, respektíve postavené na literatúre a údajoch o ľudskom metabolizme, anatómia a fyziológia, ako aj biochemická, metabolomické a proteomické údaje.

Sú anatomicky prepojené ako celotelové metabolické modely, pozostáva z viac ako 80, 000 biochemických reakcií distribuovaných do 26 orgánov a 6 typov krviniek. Navyše, môžu byť rozšírené tak, aby zahŕňali črevný mikrobiálny metabolizmus. Tieto jedinečné modely umožňujú generovanie personalizovaných celotelových metabolických modelov pomocou fyziologických, genómový, biochemické a mikrobiómové údaje.

Celotelový metabolický model

Vytváranie personalizovaných celotelových metabolických modelov je interdisciplinárne úsilie. Vývoj celotelových modelov metabolizmu si vyžiadal vývoj nových algoritmov a softvéru na modelovanie vysokorozmerných biochemických sietí na základe obmedzení.

Model celého tela sa generuje tak, že sa začína súborom anatomicky prepojených generických rekonštrukcií ľudského metabolizmu. "

Ronan Fleming, Študijný spoluautor a odborný asistent, Leidenské akademické centrum pre výskum liečiv, Univerzita v Leidene

„Tento návrh modelu mal viac ako 300 tisíc rozmerov, ktorý bol potom zredukovaný na približne 80 000 reakcií špecifických pre orgán pomocou efektívnych algoritmov a vysokovýkonných výpočtových zariadení. “

„Harvey a Harvetta začnú novú éru výskumu príčinných vzťahov medzi hostiteľom a mikrobiómom a výrazne urýchlia vývoj cielených diétnych a mikrobiálnych intervenčných stratégií,“ uviedla profesorka Ines Thieleová. ktorí vedú výskum.

"Tieto modely by mohli urýchliť pohľad na cesty zahrnuté vo vývoji a progresii chorôb špecifických pre pohlavie. Navyše, vďaka schopnosti personalizovať celotelové metabolické modely klinickými, fyziologický, a omické údaje, predstavujú významný krok k personalizácii, prediktívne modelovanie diétnych a drogových intervencií a toxicity liekov, ktorý leží v srdci presnej medicíny. “

• Nové pohľady na to, ako emulzie parenterálneho oleja predchádzajú ochoreniu pečene u predčasne narodených detí
• Vedci zistili súvislosť medzi abnormalitou mozgových ciev spojených s mozgovou príhodou a črevnými baktériami