Микробиом кишечника, сообщество микроорганизмов, обитающих в толстом кишечнике, может влиять на риск развития хронических заболеваний, таких как диабет 2 типа и болезни сердца. Теперь же учёные разработали вычислительный инструмент, который, как они утверждают, в состоянии определить, насколько «здоров» микробиом кишечника у человека, используя данные из одного образца кала.
И хотя концепция выглядит интригующей, некоторые эксперты выразили сомнения по поводу реальной полезности нового инструмента для пациентов.
Инструмент, называемый Индексом Благополучия Микробиома Кишечника 2 (GMWI2), присваивает пользователям балл от -6 до +6. Чем выше балл, тем «здоровее» считается их микробиом кишечника, и наоборот. В недавнем исследовании, опубликованном 28 августа в журнале Nature Communications, учёные выяснили, что GMWI2 имеет точность 80% в различении «здорового» микробиома кишечника, находящегося на положительном конце шкалы, и «нездорового», находящегося на противоположном конце. Инструмент был обучен на образцах кала 8 тысяч человек и протестирован на образцах 1140 человек.
Любой человек может бесплатно скачать и использовать GMWI2, но для интерпретации результатов потребуется «базовое знание компьютерных наук или биоинформатики», — сообщил соавтор исследования Джаюн Сонг (Jaeyun Sung), ассистент-профессор хирургии в Клинике Майо в Миннесоте.
Команда надеется, что в будущем любой сможет получить оценку состояния микробиома кишечника в своей местной клинике, предоставив образец кала, сказал Сонг. Однако другие эксперты выразили сомнения относительно потенциальной полезности такого инструмента. Они задаются вопросом, что значит иметь «здоровый» кишечный микробиом в этом контексте и кому может быть полезно узнать показатель здоровья кишечника.
Определение «здорового» состояния
GMWI2 основан на типе машинного обучения — инструменте искусственного интеллекта (ИИ), который может делать прогнозы о данных на основе набора правил, которым он был обучен. Обычно учёные «обучают» ИИ, предоставляя ему большие объёмы данных от определённой популяции, и после того как он выявляет общие шаблоны в этих данных, инструмент может делать прогнозы о новых данных из другой группы людей.
В этом случае исследователи обучили GMWI2 выявлять специфические особенности микробиома кишечника людей, страдающих заболеванием, например, диабетом, и сравнивать их с микробиомами кишечника людей без этого заболевания. Они сделали это, предоставив ему данные о составе микробов, обнаруженных в образцах стула примерно 8 тысяч человек из 26 стран на шести континентах.
Около 5500 из этих людей ранее были диагностированы с одним из 11 заболеваний, включая рак толстой кишки и воспалительное заболевание кишечника — болезнь Крона. Оставшиеся 2500 человек не имели диагноза ни одного из этих 11 состояний. После обучения инструмента на этих данных исследователи проверили, насколько хорошо он работает на других 1140 образцах кала от пациентов, которые либо были диагностированы с заболеваниями, такими как рак поджелудочной железы и болезнь Паркинсона, либо не были.
Исследователи выявили, что чем выше балл GMWI2 у человека, тем более похож микробиом его кишечника на микробиом человека, не страдающего этими заболеваниями. Более низкий балл указывает на то, что микробиом кишечника отличается от микробиома людей с указанными состояниями.
В отличие от хорошо известных диагностических инструментов, таких как колоноскопия для диагностики рака толстой кишки, GMWI2 не предназначен для диагностики конкретных заболеваний, подчеркнули авторы исследования. Вместо этого его цель — выявлять тонкие изменения в состоянии микробиома кишечника, которые могут свидетельствовать о вероятности развития определённого заболевания.
Сунг отметил, что инструмент может быть полезен людям, которые в целом здоровы, но хотят оптимизировать состояние своего кишечника для предотвращения заболеваний. Он также может помочь тем, кто более подвержен определённым заболеваниям из-за наследственной предрасположенности.
GMWI2 также может использоваться для оценки того, насколько хорошо восстанавливается микробиом после проведения химиотерапии или курса антибиотиков, так как оба этих лечения могут нарушать микробиом. Эти изменения могут ослабить иммунную систему, делая пациентов более уязвимыми к будущим инфекциям.
Универсального решения не существует
Несмотря на потенциальную привлекательность инструмента вроде GMWI2, эксперты выражают сомнения по поводу его практического применения.
Исследование представляет собой «героическую попытку» связать специфические сигнатуры микробиома кишечника со здоровьем или заболеванием, отметил Виллем Де Вос (Willem De Vos), заслуженный профессор микробиомики человека в Университете Хельсинки, не участвовавший в исследовании. Однако, по его словам, «одна из проблем подхода заключается в том, что здоровье трудно определить — здоровье это больше, чем отсутствие болезни», — сказал Де Вос в электронном письме.
Некоторые учёные утверждают, что не существует универсального определения здоровья, так как здоровье является относительным состоянием. Здоровье одного человека не обязательно означает то же самое для другого — например, два человека могут получить балл GMWI2 +6, но состав их микробиома может быть совершенно разным. Это усложняет определение того, что такое «здоровый микробиом».
Кроме того, состояние здоровья человека меняется на протяжении жизни, поэтому любые оценки здоровья, полученные с помощью инструмента вроде GMWI2, могут стать «бессмысленными», если их не повторять регулярно, отметил доктор Фергус Шанахан (Fergus Shanahan), профессор и заведующий кафедрой медицины в Университетском колледже Корка в Ирландии, который не участвовал в исследовании, но является экспертом в области микробиома кишечника. Обилие определённых микробов в кишечнике также колеблется ежедневно и может зависеть от диеты, уровня стресса или настроения человека.
Это означает, что человек, который пытается отслеживать здоровье своего микробиома после курса антибиотиков, должен регулярно использовать инструмент, например, каждую неделю или месяц, сказал Сунг.
Кроме того, может потребоваться разработка нескольких версий GMWI2, чтобы адаптировать инструмент к различным популяциям, отметил Шанахан.
«Несколько исследований показали, что состав микробиома значительно различается в разных этнических группах, иногда довольно резко», — сказал он.
Это может быть вызвано различиями в социальных и экологических факторах, включая диету и образ жизни.
«Таким образом, любой инструмент для измерения здоровья отдельного человека должен быть адаптирован к популяции, в которой этот человек живёт», — заявил Шанахан.
Также в данный момент неясно, что люди будут делать, чтобы изменить «неоптимальный» балл GMWI2. В статье Сунг и его коллеги упоминают, что это может побудить людей пройти дополнительные диагностические тесты или изменить определённые аспекты своей диеты или образа жизни. Однако, не зная, какое заболевание есть у пациента — если оно есть — может быть сложно реализовать какие-либо целевые вмешательства.
Теперь команда разрабатывает следующую версию инструмента, которая будет известна как Gut Microbiome Wellness Index 3 (GMWI3). (GMWI2 был обновлением более простой версии, Gut Microbiome Wellness Index, которая была представлена в 2020 году и обучена на гораздо меньшем количестве образцов стула.)
Они стремятся обучить следующую итерацию инструмента, используя как минимум 12 тысяч образцов стула из гораздо более разнообразной когорты людей. Также для интерпретации данных планируется использование более сложных алгоритмов машинного обучения, сказал Сунг. По его прогнозам, если они получат одобрение регулирующих органов, вполне возможно, что инструмент появится на рынке в течение следующих двух лет, или около того.
