Новое понимание того, как меняются наши микробиомы по мере старения, закладывает основу для будущих исследований о роли микробов в ускорении или замедлении процесса старения и влиянии на возрастные заболевания.
Наши микробиомы — сложные сообщества микробов, которые живут внутри нас и вокруг нас — находятся под влиянием нашей диеты, привычек, окружающей среды и генов и, как известно, меняются с возрастом. В свою очередь, состав наших микробиомов, особенно в кишечнике, хорошо известен своим влиянием на наше здоровье. Например, состав кишечного микробиома был связан с воспалительным заболеванием кишечника, аутоиммунным заболеванием, ожирением, даже неврологическими расстройствами, такими как аутизм.
Исследователи продемонстрировали, что, используя образец микробиома (кожа, рот или фекальный мазок), они теперь могут использовать машинное обучение для прогнозирования хронологического возраста человека с различной степенью точности. Образцы кожи обеспечили наиболее точный прогноз, правильно оцениваясь с точностью примерно до 3,8 года, по сравнению с 4,5 года для перорального образца и 11,5 года для фекального образца. Типы микробов, живущих в полости рта или в кишечнике молодых людей (в возрасте от 18 до 30 лет), были более разнообразными и многочисленными, чем в сравнительных микробиомах пожилых людей (в возрасте 60 лет и старше).
Инструмент прогнозирования, описанный в статье, опубликованной 11 февраля 2020 года компанией mSystems, был разработан как сотрудничество между исследователями из Калифорнийского университета в Сан-Диего и IBM.
“Эта новая способность соотносить микробы с возрастом поможет нам продвигать будущие исследования роли микробов в процессе старения и связанных с возрастом заболеваниях, а также позволит нам лучше тестировать потенциальные терапевтические вмешательства, которые нацелены на микробиомы”,-сказал соавтор исследования Чжэньцзян Цзу Сюй, который был на момент исследования постдокторским исследователем в лаборатории Школы медицины Университета Сан-Диего соавтора Роба Найта, профессора и директора Центра инноваций микробиома Университета Сан-Диего.
Конечной целью команды является создание аналогичных моделей машинного обучения для корреляции микробиома и клинических состояний, таких как воспаление в аутоиммунных условиях. Этот подход может когда-нибудь сформировать основу для неинвазивного теста на основе микробиома, который потенциально поможет клиницистам лучше диагностировать или оценивать риск заболевания для человека.
В исследовании 2014 года исследователи из Вашингтонского университета сравнили «микробный возраст» — возраст, как предсказано фекальным микробиомом — и фактический хронологический возраст среди недоедающих детей в первые месяцы жизни. Исследователи отметили, что разница между хронологическим и микробным возрастом была связана со степенью зрелости развития детей. В новом исследовании исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего сделали еще одну идею, чтобы понять, может ли эта ассоциация применяться к взрослым и насколько хорошо она распространена на другие участки тела.
По словам Сюй, одним из наиболее важных требований для хорошей статистической модели является большой размер выборки и репрезентативная популяция. Для этого исследователи изучили данные о секвенировании микробиома, доступные из общедоступных баз данных нескольких гражданских научных проектов, таких как проект «Американский кишечник», в котором участники отправляют по почте мазки из фекалий, слюны или кожи, получают персональные показания микробиома и вносят свои анонимные данные данные для научного сообщества.
В исследовании использовались в общей сложности 4434 образца фекалий из США и Китая, 2550 образцов слюны из США, Канады, Великобритании и Танзании и 1 975 образцов кожи из США и Великобритании. Участники, данные которых использовались в исследовании, находились в разных возрастных группах. от 18 до 90 лет с индексами массы тела от 18,5 до 30 не имели воспалительных заболеваний кишечника или диабета и не использовали антибиотики в течение по крайней мере одного месяца до отбора проб. В исследование также были включены беременные, госпитализированные, инвалиды или тяжелобольные.
«Это было самое всестороннее исследование микробиома и возраста на сегодняшний день», — сказал первый автор Ши Хуан, доктор философии, доктор наук, исследователь в лаборатории Найта и в Центре инноваций микробиома Университета Сан-Диего.
Команда обнаружила гендерные различия в результатах кишечного микробиома, но нет разницы между мужчинами и женщинами, когда дело доходит до результатов перорального и кожного микробиома. Несмотря на разнообразие микробов, живущих на разных участках тела человека, также не имеет значения, были ли взяты образцы кожи с лба или рук, а это означает, что будущие исследования микробиома кожи могут повысить их статистическую мощь за счет объединения участков сбора и полов.
Исследователи утверждают, что одна из возможных причин, по которым микробы, живущие на нашей коже, изменяются с возрастом так последовательно, связаны с предсказуемыми изменениями в физиологии кожи, которые испытывают все, такими как снижение выработки сыворотки и увеличение сухости.
«Точность наших результатов демонстрирует потенциал применения методов машинного обучения и искусственного интеллекта для лучшего понимания человеческих микробиомов», — сказал соавтор Хо-Чеол Ким, доктор философии, программный директор программы «Искусственный интеллект для здоровой жизни». сотрудничество между IBM Research и UC San Diego в рамках сети IBM AI Horizons Network. «Применение этой технологии в будущих исследованиях микробиомов может помочь глубже понять взаимосвязь между влиянием микробиомов на наше общее состояние здоровья и широким спектром заболеваний и расстройств от неврологического до сердечно-сосудистого и иммунного здоровья».
