Микробиомът - иновации в медицината

Хроничната чернодробна болест представлява основен глобален обществено-здравен проблем, засягащ приблизително 844 милиона души според Световната здравна организация. Тя е сред основните причини за смъртност в САЩ, Великобритания и Австралия. В същото време е трудно да се управлява и диагностицира. Микробиомът в червата на човек може да е неочакваното решение на проблемите.

Сътруднически екип от учени от Института Солк и Калифорнийския университет в Сан Диего създават нов инструмент за диагностициране, базиран на микробиоми. Диагностичен монитор ще може бързо и евтино да идентифицира чернодробната фиброза и цироза правилно през 90 процента от времето.

Неинвазивният метод разчита на алгоритъм за анализ на проби от изпражнения на пациента, които съдържат следи от това, което живее в червата. Подходът може да доведе до подобряване на грижата за пациента и на резултатите от лечението на чернодробно заболяване.

„Микробиомът е динамичен жизнен сензор за малки промени в здравето и болестите в организма и като такъв осигурява точен прочит на здравето на тялото“, казва професорът от Института Салк Роналд Евънс, съавтор на изследването, публикувано в Cell Metabolism. „Тъй като тази диагностика е бърза и евтина, тя може да стане широко използван способ. Това важи особено в области, в които липсват специални клиники и лекари. “

Неалкохолното затлъстяване на черния дроб (NAFLD) е водещата причина за хронично чернодробно заболяване в световен мащаб и може да прогресира до чернодробна фиброза, цироза и потенциално рак. Причината е, че черният дроб стига до клетъчна смърт. Но липсват диагностични инструменти за чернодробна фиброза и цироза. 

Биопсиите са инвазивни и могат да пропуснат увредени участъци на черния дроб, а ЯМР са скъпи и често не се предлагат в по-малките населени места. За да адресира тези предизвикателства, изследователският екип изследва микробиомата като начин за удовлетворяване на спешната нужда от нов тест за идентифициране на пациенти в риск.

„Опитвахме се да разработим универсален, неинвазивен тест за чернодробна фиброза и цироза, основан на микробиомна сигнатура на болестта", казва Майкъл Даунес,  учен от Института Салк и съавтор на изследването.

В сътрудничество с учени от катедрата по медицина на Университета в Сан Диего, екипът оптимизира изчислителен метод, наречен машинно обучение, за да разкрие сложна сигнатура на болестта, базирана на 19 бактериални вида, присъстващи в пробите на група пациенти. Сигнатурата е съставена от различни количества бактерии, създавайки универсален пръстов отпечатък за идентифициране на чернодробна фиброза и цироза. Изследването включва 163 клинични проби както от здрави, така и от болни членове на семейството. Целта е да се идентифицират променливи, които са показателни за чернодробно заболяване.

Използвайки данни от микробиомно генетично профилиране и от метаболити от пробите на изпражненията, изследователите откриват микробиомна сигнатура, която е свързана с диагноза цироза с 94-процентова точност. Сигнатурата на микробиома също може да определи стадия на чернодробна фиброза, което може да позволи на лекарите да оценят пациентите въз основа на стадия на заболяването и да подобрят стратегиите за лечение.

„Тези открития показват, че е възможно да се използва машинно обучение за идентифициране на универсална сигнатура, която може да се използва за точна диагноза на заболяване, като цироза на черния дроб“, казва Тае Джу О, първи автор на доклада и докторантичен изследовател в Еванс лаборатория. „Моделите, които открихме, отразяват сложността на микробиома и как здравето на червата вероятно влияе на заболяването.“

След това изследователите прилагат своята микробиомна сигнатура върху две независими групи от пациенти от Китай и Италия. Сигнатурата на екипа може да идентифицира точно цирозата при над 90 процента от пациентите, което валидира силата и точността на алгоритъма в различни генетики и диети.

„Забележително е, че сигнатурата на чревния микробиом, получена от пациенти, пребиваващи в Южна Калифорния за цироза, успява да предскаже цироза в две независими групи пациенти, пребиваващи в Китай и Италия. Това говори за новите открития, които тепърва ще се реализират чрез ролята на чревния микробиом  в диагностициране и стратифициране на риска от чернодробно заболяване “, казва Рохит Ломба, съавтор и директор на изследователския център NAFLD в Медицинският университет в Калифорния в Сан Диего. „Мисля, че силата на използването на микробиома като диагностичен инструмент едва започва да се осъзнава.“

В бъдеще, учените ще изследват причинно-следствената връзка между микробиома и чернодробната болест, като тестват дали възстановяването на части от микробиома води до регресия на заболяването или премахването на определени бактерии го влошава. Екипът също така се надява този подход да бъде използван за идентифициране на сигнатурата на други заболявания, като възпалително заболяване на червата, рак на дебелото черво, Алцхаймер и други заболявания, за които е доказано, че са повлияни от нарушен микробиом.