Mikrobiom lahko napoveduje kronološko starost osebe

Naši mikrobiomi - kompleksne skupnosti mikrobov, ki živijo v, na nas in okoli nas - nanj vpliva naša prehrana, navade, okolja in genov, in znano je, da se s starostjo spreminjajo. Po drugi strani pa sestavo naših mikrobiomov, zlasti v črevesju, je znana po svojem vplivu na naše zdravje. Na primer, sestava črevesnega mikrobioma je povezana z vnetno črevesno boleznijo, avtoimunske bolezni, debelost, celo nevrološke motnje, na primer avtizem.

Glede na vzorec mikrobioma (koža, bris iz ust ali blata), raziskovalci so pokazali, da lahko zdaj uporabljajo strojno učenje za napovedovanje kronološke starosti osebe, z različno stopnjo natančnosti. Vzorci kože so dali najbolj natančno napoved, pravilno oceniti na približno 3,8 leta, v primerjavi s 4,5 leta pri vzorcu za peroralno dajanje in 11,5 leta pri vzorcu blata. Vrste mikrobov, ki živijo v ustni votlini ali v črevesju mladih (starih od 18 do 30 let), so bile običajno bolj raznolike in bogate kot v primerjalnih mikrobiomih starejših odraslih (starih 60 let in več).

Orodje za napovedovanje, opisano v prispevku, objavljenem 11. februarja, 2020 do mSistemi , je bil razvit kot sodelovanje med raziskovalci na kalifornijski univerzi v San Diegu in IBM -om.

"Ta nova sposobnost povezovanja mikrobov s starostjo nam bo pomagala pri napredovanju v prihodnjih študijah vloge mikrobov v procesu staranja in s starostjo povezanih boleznih, in nam omogočijo, da bolje preizkusimo potencialne terapevtske posege, ki ciljajo na mikrobiome, "je dejal soavtor Zhenjiang Zech Xu, Doktor znanosti, ki je bil v času študija podoktorski raziskovalec v laboratoriju za medicinsko fakulteto UC San Diego so-starejšega avtorja Roba Knighta, Doktor znanosti, profesor in direktor Centra za mikrobiomske inovacije UC San Diego.

Končni cilj ekipe je ustvariti podobne modele strojnega učenja za korelacijo mikrobioma in kliničnih stanj, na primer vnetje v avtoimunskih pogojih. Ta pristop bi lahko nekoč postal podlaga za neinvazivni test na osnovi mikrobiomov, ki bi lahko zdravnikom pomagal bolje diagnosticirati ali oceniti tveganje osebe za bolezen.

V študiji iz leta 2014 je Raziskovalci z univerze Washington so primerjali "starost mikrobov" -; starost, kot jo napoveduje fekalni mikrobiom -; in dejansko kronološko starost v kontekstu podhranjenih dojenčkov v prvih mesecih življenja. Raziskovalci so ugotovili, da je razlika med kronološko in mikrobno starostjo povezana s stopnjo razvojne zrelosti otrok. V novi študiji je Raziskovalci UC San Diego so to idejo naredili še korak dlje, da bi ugotovili, ali bi to združenje lahko veljalo za odrasle, in kako dobro je posplošen na druga telesa telesa.

Po mnenju Xu, ena najpomembnejših zahtev za dober statistični model je velika velikost vzorca in reprezentativna populacija. Če želite to narediti, raziskovalci so izkopali podatke o zaporedju mikrobiomov, ki so na voljo iz javnih zbirk podatkov več državljanskih znanstvenih projektov, kot je American Gut Project, v katerem udeleženci pošiljajo po pošti, brisi sline ali kože, prejemajo osebne odčitke mikrobiomov, in prispevajo svoje anonimne podatke k znanstveni skupnosti.

Študija se je oprla na skupaj 4, 434 vzorcev iztrebkov iz ZDA in Kitajske, 2, 550 vzorcev sline iz ZDA, Kanada, Velika Britanija in Tanzanija, in 1, 975 vzorcev kože iz ZDA in Združenega kraljestva Udeleženci, katerih podatki so bili uporabljeni v študiji, so bili stari od 18 do 90 let, z indeksi telesne mase od 18,5 do 30, ni imel vnetne črevesne bolezni ali sladkorne bolezni, in vsaj en mesec pred vzorčenjem niso jemali antibiotikov. Študija je izključila tudi nosečnice, hospitaliziran, invalidi ali kritično bolni posamezniki.

"To je bila doslej najobsežnejša raziskava mikrobioma in starosti, "je dejal prvi avtor Shi Huang, Doktor znanosti, podoktorski raziskovalec v Knight's laboratoriju in UC San Diego Center for Microbiome Innovation.

Ekipa je ugotovila razlike med spoloma v rezultatih črevesnih mikrobiomov, vendar ni nobene razlike med samci in samicami pri rezultatih mikrobiomov ust in kože. Kljub raznolikosti mikrobov, ki živijo na različnih mestih po človeškem telesu, prav tako ni pomembno, ali so bili vzorci kože odvzeti s čela ali rok, kar pomeni, da bodo prihodnje študije mikrobiomov kože lahko povečale njihovo statistično moč z združevanjem zbirnih mest in spolov.

Eden od možnih razlogov, da se mikrobi, ki živijo na naši koži, tako dosledno spreminjamo, ko se staramo, so raziskovalci dejali, je posledica predvidljivih sprememb v fiziologiji kože, ki jih doživijo vsi, kot so zmanjšana proizvodnja seruma in povečana suhost.

"Natančnost naših rezultatov dokazuje potencial uporabe tehnik strojnega učenja in umetne inteligence za boljše razumevanje človeških mikrobiomov, "je dejal soavtor Ho-Cheol Kim, Doktor znanosti, programska direktorica programa Umetna inteligenca za zdravo življenje, sodelovanje med IBM Research in UC San Diego v okviru mreže IBM AI Horizons Network. "Uporaba te tehnologije za prihodnje študije mikrobiomov bi lahko pomagala odkriti globlji vpogled v povezavo med vplivom mikrobiomov na naše splošno zdravje in široko paleto bolezni in motenj, od nevrološkega do kardiovaskularnega in imunskega zdravja."

Po mnenju soavtorja Yoshiki Vázquez-Baeza, Doktor znanosti, pomočnik direktorja bioinformatične integracije na UC San Diego Center for Microbiome Innovation, starostno napovedovanje je še posebej privlačna metoda za usposabljanje napovednih modelov, ker udeležencem ni treba izpolnjevati posebnih meril, da bi lahko postali vzorčni darovalec, ocenjevanje starosti pa običajno ne zahteva obiska bolnišnice.

Druge študije, ki se osredotočajo na en poseben pogoj, kot je vnetna črevesna bolezen, pogosto si prizadevajo pridobiti dovolj udeležencev, ki izpolnjujejo merila študija in so pripravljeni sodelovati, da bi lahko prišli do smiselnih zaključkov. Ampak tukaj, široka uporabnost napovedovanja starosti nam je omogočila raziskovanje meja mikrobnega modeliranja v neverjetnem obsegu. "

Yoshiki Vázquez-Baeza, Doktor znanosti, izredni direktor bioinformatične integracije na UC San Diego Center for Microbiome Innovation

"Učenje, kako ustvariti natančne in robustne modele na osnovi mikrobiomov, bo odprlo vrata številnim biotehnološkim aplikacijam, in nam pomagajo bolje razumeti odnos nekaterih bakterij z izidi, ki nas zanimajo, «Je rekel Knight.

• Študija ponuja nove podrobnosti o polipozi, povezani s terapijo, pri tistih, ki so preživeli rak v otroštvu
• Z visoko vsebnostjo maščob,