Кишечная микробиота как компас здоровья

Микроорганизмов, живущих вместе с нами в организме и в совокупности называемых микробиотой, больше, чем собственных человеческих клеток. То, что организм человека служит домом богатой микробиоте, начали понимать еще в 17-м веке, но лишь в последние десятилетия мы осознали ее влияние на здоровье. Особенно в последние 10 лет микробиота стала одним из центральных объектов медицины и фундаментальных исследований, прежде всего кишечная микробиота. На самом деле микроорганизмы живут не только в кишечнике: вся поверхность кожи также покрыта бактериальной флорой. 

Примечание: Микробиом означает всю генетическую информацию — геномы — микроорганизмов в определенной среде. Микробиота — само сообщество микроорганизмов. У человека около 30 триллионов собственных клеток и 20 тысяч генов в ДНК. В то же время вместе с нами живут приблизительно 35-100 триллионов клеток микробиоты, а число принадлежащих ей генов оценивают примерно в 2 миллиона.

Международная команда под руководством немецкого Института Hans Knöll обнаружила, что микробиота человека может давать информацию о риске известной как жировое перерождение печени «неалкогольной жировой болезни печени». Ученые разработали модель, позволяющую на основании микробного состава кишечника прогнозировать вероятное течение заболевания. Исследование опубликовано в Science Translational Medicine в виде научной статьи.

Около 25% населения мира страдает неалкогольной жировой болезнью печени, при которой в печени образуется повышенное количество жировых клеток. Далее в статье она будет называться жировым перерождением печени. Это самое распространенное хроническое заболевание печени в индустриальных странах. В отличие от алкогольной жировой болезни, оно не вызвано высоким потреблением алкоголя. У некоторых людей невыявленная болезнь может приводить к циррозу, раку печени или печеночной недостаточности.

В долгосрочном исследовании международная команда Gianni Panagiotou, руководителя группы системной биологии и биоинформатики Института Hans Knöll, проанализировала образцы кала и крови 1200 человек без исходного жирового перерождения печени. Panagiotou объясняет цель работы: «Уже доказано, что микроорганизмы кишечника человека играют роль в жировом перерождении печени. Мы хотели выяснить, можно ли по микробиому здорового человека предсказать, разовьется ли у него впоследствии жировое перерождение печени ».

При повторном обследовании через 4 года оказалось, что у 90 участников за это время развилось жировое перерождение печени. Их образцы сравнили с контрольной группой из 90 человек, у которых заболевание отсутствовало как исходно, так и во время наблюдения.

«На основании этих данных нам удалось разработать модель, которая по микробиому предсказывает, у кого в будущем разовьется жировое перерождение печени, с точностью 80% при таком прогнозировании». Существующие клинические модели используют биохимические показатели крови и дают прогноз с точностью 60%. «Разработанная нами модель объединяет данные микробиома с измеряемыми показателями крови и тем самым может значительно повысить надежность прогноза».

Прогнозирование заболевания с помощью машинного обучения

Исследователи разработали компьютерную модель, которую обучают распознавать определенные закономерности в наборе данных, — модель машинного обучения. Затем она использует эти закономерности для анализа новых наборов данных, то есть для прогнозирования вероятности неалкогольной жировой болезни печени. «Из-за сложности данных весь процесс разработки модели занял 3 года. Но в итоге мы справились и создали полезный инструмент для прогнозирования жирового перерождения печени».

Неалкогольная жировая болезнь печени на поздней стадии может приводить даже к необратимому агрессивному раку печени. Людей с особенно высоким риском такого исхода необходимо выявлять рано, чтобы противодействовать заболеванию. Жировое перерождение печени протекает скрыто: большинство случаев бессимптомны и обнаруживаются случайно. По оценкам, в Германии этим видом болезни страдают около 12 миллионов человек. Особенно часто она встречается при таких предшествующих состояниях, как диабет 2 типа, ожирение, повышенное артериальное давление и дислипидемия — нарушение баланса или повышение липидов крови.

Возможные применения и следующие шаги

С помощью моделей машинного обучения исследователи уже смогли сопоставить свои результаты с данными пациентов из США и Европы и тем самым подтвердить их. Следующим шагом Panagiotou планирует провести исследование по всему миру и использовать искусственный интеллект для включения еще больших объемов данных.

Panagiotou отметил: «Я рассматриваю диагностику на основе микробиома как направление, которое войдет в клиническую практику и будет обладать большим потенциалом в следующем десятилетии» . Раннее лечение факторов риска неалкогольной жировой болезни печени — диабета 2 типа, гипертонии и ожирения — может остановить ее развитие. Поэтому раннее прогнозирование является единственным способом профилактики заболевания.