میکروبیوتای روده ما به‌عنوان قطب‌نمای سلامت

میکروارگانیسم‌هایی که در بدن با ما زندگی می‌کنند – و همه آن‌ها را میکروبیوتا می‌نامیم – از سلول‌های انسانی ما بیشترند. شناخت اینکه بدن انسان میزبان میکروبیوتایی غنی است، از همان سده 17 آغاز شد، اما تا چند دهه اخیر از اثرهای میکروبیوتا بر سلامت آگاه نبودیم. به‌ویژه در 10 سال گذشته، میکروبیوتا و خصوصاً میکروبیوتای روده به کانون توجه پزشکی و پژوهش‌های بنیادی تبدیل شده است. در واقع میکروارگانیسم‌های بدن فقط در روده نیستند و همه سطح پوست نیز با فلور باکتریایی پوشیده است. 

یادداشت: میکروبیوم به کل اطلاعات ژنتیکی (ژنوم‌های) میکروارگانیسم‌ها در محیطی مشخص گفته می‌شود. میکروبیوتا مجموعه میکروارگانیسم‌هاست. در انسان 30 تریلیون سلول انسانی و در DNA ما 20 هزار ژن وجود دارد. در مقابل، حدود 35-100 تریلیون سلول میکروبیوتا با ما در بدن زندگی می‌کنند و شمار ژن‌های میکروبیوتا نزدیک 2 میلیون برآورد شده است.

توانایی میکروبیوتای انسان در فراهم کردن اطلاعات درباره خطر «بیماری کبد چرب غیرالکلی» که آن را کبد چرب می‌شناسیم، به‌وسیله گروهی بین‌المللی به سرپرستی مؤسسه Hans Knöll آلمان کشف شد. پژوهشگران مدلی ساختند که می‌تواند بر اساس ترکیب میکروبی روده، سیر احتمالی بیماری را پیش‌بینی کند. مطالعه در Science Translational Medicine منتشر شد.

حدود %25 جمعیت جهان به بیماری کبد چرب غیرالکلی مبتلا هستند که باعث تشکیل مقدار بیشتری از سلول‌های چربی در کبد می‌شود (در ادامه متن کبد چرب نامیده خواهد شد). این بیماری شایع‌ترین بیماری مزمن کبد در کشورهای صنعتی جهان است و برخلاف کبد چرب الکلی، از مصرف زیاد الکل ناشی نمی‌شود. در بعضی افراد، کبد چرب تشخیص‌داده‌نشده می‌تواند به سیروز کبد، سرطان کبد یا نارسایی کبد بینجامد.

در یک مطالعه بلندمدت، گروهی بین‌المللی به سرپرستی Gianni Panagiotou، سرپرست گروه پژوهشی زیست‌شناسی سامانه‌ها و بیوانفورماتیک مؤسسه Hans Knöll، نمونه‌های مدفوع و خون 1200 نفر را که در آغاز کبد چرب نداشتند تحلیل کردند. Panagiotou هدف مطالعه را چنین توضیح می‌دهد: «پیش‌تر ثابت شده بود میکروارگانیسم‌های روده انسان در کبد چرب نقش دارند. می‌خواستیم بدانیم آیا از میکروبیوم افراد سالم می‌توان پیش‌بینی کرد که در آینده به کبد چرب مبتلا می‌شوند یا نه.»

وقتی افراد 4 سال بعد دوباره بررسی شدند، روشن شد در این مدت 90 نفر به کبد چرب مبتلا شده‌اند. نمونه‌های افراد مبتلا با گروه شاهد 90 نفره‌ای مقایسه شد که نه در آغاز و نه طی پیگیری کبد چرب نداشتند.

«با این داده‌ها توانستیم بر پایه میکروبیوم مدلی بسازیم که با دقت %80 پیش‌بینی کند چه کسانی در آینده به کبد چرب مبتلا می‌شوند.» اکنون مدل‌های بالینی‌ای وجود دارند که با پارامترهای بیوشیمیایی خون، با دقت %60 پیش‌بینی می‌کنند. «مدل ساخته‌شده ما داده‌های میکروبیوم را با اطلاعات قابل‌اندازه‌گیری خون ترکیب می‌کند و از این راه می‌تواند قابلیت اعتماد را بسیار افزایش دهد.»

پیش‌بینی بیماری با یادگیری ماشین

گروه پژوهش یک مدل رایانه‌ای ساختند که برای به خاطر سپردن الگوی مشخصی در یک مجموعه داده آموزش می‌بیند و مدل یادگیری ماشین نام دارد. سپس مدل از این الگوها برای تحلیل مجموعه داده‌های تازه، یعنی پیش‌بینی احتمال بیماری کبد چرب غیرالکلی، استفاده می‌کند. «کل فرایند ساخت مدل ما به‌دلیل پیچیدگی داده‌ها 3 سال طول کشید. اما سرانجام موفق شدیم و ابزار مفیدی برای پیش‌بینی کبد چرب بسازیم.»

مرحله پایانی بیماری کبد چرب غیرالکلی حتی می‌تواند به نوع غیرقابل‌بازگشت و تهاجمی سرطان کبد بینجامد. افرادی که به‌ویژه در معرض خطر پیشرفت به سرطان کبد هستند باید زود شناسایی شوند تا بتوان با بیماری مقابله کرد. کبد چرب بیماری خاموشی است؛ یعنی بیشتر موارد بدون علامت‌اند و معمولاً فقط به‌طور اتفاقی کشف می‌شوند. برآورد می‌شود حدود 12 میلیون آلمانی به این نوع کبد چرب مبتلا باشند. افراد دارای بیماری‌های زمینه‌ای مانند دیابت نوع 2، چاقی، فشار خون بالا یا دیس‌لیپیدمی (اختلال یا افزایش چربی خون) به‌ویژه درگیر کبد چرب می‌شوند.

کاربردهای احتمالی و گام‌های بعدی

پژوهشگران با مدل‌های یادگیری ماشین، پیش‌تر توانسته‌اند نتایج خود را با داده‌های بیماران ایالات متحده و اروپا مقایسه و به این ترتیب اعتبارسنجی کنند. در گام بعد Panagiotou قصد دارد مطالعه را در سراسر جهان اجرا کند و برای ادغام مجموعه داده‌های حتی بزرگ‌تر از هوش مصنوعی کمک بگیرد.

Panagiotou می‌گوید: «تشخیص‌های مبتنی بر میکروبیوم را چیزی می‌بینم که به کاربرد بالینی خواهد رسید و در دهه آینده ظرفیت بزرگی خواهد داشت». درمان زودهنگام عوامل خطر کبد چرب غیرالکلی، مانند دیابت نوع 2، پرفشاری خون و چاقی می‌تواند پیشرفت بیماری را متوقف کند. بنابراین پیش‌بینی زودهنگام تنها راه پیشگیری از بیماری است.