Новый инструмент для прогнозирования поведения микробиома
Исследователи из Brigham and Women's Hospital и Университета Массачусетса разработали набор компьютерных алгоритмов, способных точно предсказывать поведение микробиома — огромной совокупности микробов, живущих на теле и внутри человека. В статье, опубликованной в Genome Biology, авторы показывают, как их алгоритмы можно применять для разработки новых методов лечения серьёзных диарейных инфекций, включая Clostridium difficile, и воспалительных заболеваний кишечника. Команда также демонстрирует, как определить бактерии, наиболее важные для здорового и стабильного микробного сообщества, что может помочь в создании пробиотиков и других терапий.
Разработанный исследователями пакет открытого программного обеспечения, известный как Microbial Dynamical Systems INference Engine (MDSINE), использует передовые технологии машинного обучения для точного прогнозирования роста и взаимодействия микробных сообществ в кишечнике с течением времени. Команда проверила MDSINE с помощью обширных компьютерных симуляций, а также применила программу в экспериментах по инфекции для оценки динамики C. difficile — бактерии, которая является наиболее частой причиной внутрибольничных инфекций и может вызывать серьёзные заболевания и даже смерть пациентов. Команда также проанализировала эффекты «пробиотического коктейля» из различных бактериальных штаммов, разрабатываемого для лечения воспалительных заболеваний, предсказав вклад каждого компонента коктейля в поддержание стабильности бактериального сообщества при изменении диеты.
«У каждого человека внутри живёт своя собственная бактериальная экосистема. Появляется много новых захватывающих доказательств того, что терапия бактериями или коктейлями бактерий может быть эффективна для лечения или предотвращения целого ряда серьёзных заболеваний, включая инфекции, артрит, воспалительные заболевания кишечника и рак. MDSINE — это первый инструмент, который мы разработали в рамках новой инициативы BWH Precision Medicine, и мы выпускаем его как открытое программное обеспечение в надежде, что это поможет продвижению области бактериотерапии», — сказал старший автор Георг Гербер, MD, PhD, MPH.
«Продвинутые вычислительные методы, такие как MDSINE, необходимы для понимания того, как проектировать и оценивать бактериотерапии или "микробы как лекарства", и адаптировать их к индивидуальным пациентам, поскольку микробиом у всех разный. Наши результаты дали нам представление о новых бактериотерапиях для инфекции C. difficile и воспалительных заболеваний кишечника, а также предлагают общие стратегии для разработки таких терапий для многих других заболеваний», — сказал Ванни Буччи, PhD, первый автор исследования.