Машинное обучение раскрывает биологию воздействия токсинов

Печень и почки, как органы, ответственные за метаболизм и выведение токсичных веществ, наиболее уязвимы к повреждениям, вызванным химикатами. Исследователи из Гарвардской медицинской школы разработали подход на основе машинного обучения, который проливает новый свет на биологию печени и почек после воздействия токсинов.

Их анализ, опубликованный в Molecular Systems Biology, основан на общедоступном наборе данных Open TG-GATEs о воздействии 160 различных химических веществ на физиологию, гистопатологию и экспрессию генов у крыс. Используя неконтролируемое машинное обучение для анализа более 3500 условий обработки, ученые выявили девять различных паттернов реакции на химическое воздействие, названных «состояниями болезни».

Паттерны повреждения и толерантности

Состояния разделились на две широкие категории:

• Повреждающие состояния: Включали реакции, указывающие на острое повреждение печени, нарушение функции желчных протоков, повреждение клеток печени и повреждение почек. Например, НПВП, такие как ибупрофен, вызывали отсроченную реакцию в печени, связанную с кровотечением.
• Состояния толерантности или защитные реакции: Например, синтетические гормоны запускали защитный паттерн с усилением метаболизма токсинов и повышением устойчивости к ферроптозу — регулируемой форме гибели клеток.

Неожиданно команда обнаружила, что некоторые повреждающие состояния со временем переходят в это защитное состояние. Повышенная толерантность к токсинам была тесно связана с повышенной устойчивостью к ферроптозу в печени.

Механизмы потери веса и подавления аппетита

Анализ также пролил свет на общую потерю веса при воздействии токсинов. Было обнаружено, что активность экспрессии инсулиноподобного фактора роста-1 (Igf1) и трех связанных генов сильно изменяется, что может частично объяснять изменения уровня сахара в крови и потребления пищи.

Кроме того, был идентифицирован ген Gdf15, связанный с подавлением аппетита. Повышенная активность экспрессии этого гена, особенно в почках, была последовательной реакцией на повреждение тканей. Этот путь может представлять собой новый механизм подавления аппетита и потери веса, вызванной токсинами.

Значение и ограничения

Поскольку набор данных основан на моделях животных, выводы не могут быть напрямую применены к людям. Однако методология и результаты дают важное представление о биомаркерах и механизмах реакции на токсины, предлагая основу для будущих исследований, включая более точные токсикологические исследования на людях.