Ученые из Европейской молекулярной биологической лаборатории (EMBL) в Гейдельберге провели масштабное исследование кишечной микробиоты, которое показало, что воспалительные заболевания кишечника и колоректальный рак, могут быть вызваны не столько самим присутствием «вредных» бактерий, сколько изменением бактериальной нагрузки (численности микроорганизмов), на которую влияет множество факторов, в том числе, возраст, пол, диета и использование антибиотиков.
Используя алгоритмы машинного обучения, ученые создали модель для оценки микробной нагрузки и обнаружили, что такие заболевания кишечника могут быть тесно связаны именно с изменениями микробной нагрузки, а не с присутствием конкретных видов бактерий. Исследование основывалось на метагеномных данных кишечной микробиоты, что позволило получить общую картину микробной нагрузки и ее взаимосвязи с различными заболеваниями.
«Мы были удивлены, обнаружив, что многие микробные виды, ранее считавшиеся ассоциированными с болезнями, в большей мере связаны с изменением микробной нагрузки», — говорит автор исследования Пир Борк. По его словам, это открытие указывает на то, что некоторые микробы скорее ответственны за симптомы – вздутие, диарею или запор, а не за болезнями кишечника как таковые.
Исследование также показало, что, несмотря на сложность оценки микробной нагрузки в лабораторных условиях, подход на основе машинного обучения позволяет ученым разработать предсказательную модель, которую можно применять для анализа микробиомов человека в других исследованиях. Эта модель использовалась на обширных наборах данных, включающих десятки тысяч метагеномов, полученных в разных странах мира от Японии до Эстонии.
Соавтор исследования Майкл Кун отметил, что алгоритм позволил создать инструмент, который может оценить микробную нагрузку в образцах фекалий с высокой точностью, облегчая изучение взаимосвязи численности кишечных бактерий с различными заболеваниями.
Однако, по словам авторов исследования, у их работы есть и ограничения: в ней изучались лишь ассоциации между микробной нагрузкой и состоянием здоровья, и ученые пока не могут установить прямую причинно-следственную связь или объяснить механизмы, лежащие в основе этих связей. Кроме того, метод был адаптирован только для микробиома кишечника человека; для изучения крупных экосистем, например, океанов или почв, потребуются новые данные и адаптации модели.
Исследователи намерены продолжить изучение микробных видов, которые имеют непосредственную связь с болезнями и могут использоваться в будущем как биомаркеры для диагностики.
Ранее ученые выяснили, что кишечные бактерии защищают друг друга от воздействия лекарств.
