Weill Cornell medicinos mokslininkai naudoja mašininį mokymąsi, dirbtinio intelekto formą, kad atskleistų genetines mutacijas, susijusias su spina bifida. Esant šiam apsigimimui, nervinis vamzdelis, sudarantis stuburo smegenis nėštumo metu, neužsidaro, todėl atsiskleidžia stuburo nervai, todėl atsiranda paralyžius ir didelė kitų komplikacijų rizika.
Jų naujas tyrimas, paskelbtas gruodžio 16 d. PNAS, „priartina mus prie galimybės suteikti tikslios medicinos metodą šeimoms, kurios nori užtikrinti sveikus gimimo rezultatus ir didžiausią potencialą kūdikiams, paveiktiems spina bifida“, – sakė vyresnysis autorius. Daktarė Margaret Elizabeth Rossdirektorius Neurogenetikos centras ir neurologijos profesorius Feil šeimos smegenų ir proto tyrimų institutas ir Nathan Cummings neurologijos profesorius Weill Cornell Medicine.
Spina bifida yra sudėtingas genetinis sutrikimas, o tai reiškia, kad jį paprastai sukelia ne vieno geno gedimas, bet paprastai reikia kelių genų, kurie buvo pakeisti santykinai mažais būdais, sąveikos. Aplinkos sąlygos, tokios kaip mityba ir moterų vartojami vaistai bei papildai, taip pat gali turėti įtakos vaisiaus sveikatai.
“Iššūkis yra suprasti genetinės variacijos vaidmenį atskirose šeimose kartu su aplinkos veiksniais, kad galėtume padaryti viską, kad užtikrintume sveiką kūdikį”, – sakė Rossas. vadovauja Weill Cornell Medicine Neurogenetikos ir plėtros laboratorijai.
Ištirti genus, sukeliančius spina bifida, buvo sudėtinga. Pelių modeliai, turintys specifinių genų mutacijų, padėjo tyrėjams įgyti įžvalgos apie genetinius kelius, kurie gali būti svarbūs nervinio vamzdelio uždarymui, ir mokslininkai ieškojo šių genetinių būdų pakitimų žmonėms. Tačiau šio požiūrio į mokslinį tyrimą problema yra šališkumas. „Jūs linkę gauti tai, ko ieškote“, – sakė Rossas.
Norint rasti būdų, kaip užkirsti kelią sudėtingiems genetiniams sutrikimams ir juos gydyti, būtina sumažinti šį šališkumą, būdingą „genų kandidatų paieškai“. y., kad būtų išvengta kliniškai svarbių genų paieškos ribojimo tik tais, kurie jau yra susiję su eksperimentiniais modeliais.
Vienas iš būdų pažvelgti į mūsų genus be išankstinio supratimo apie tai, kas sukelia ligą, yra ieškoti viso genų rinkinio genomo masto asociacijos tyrime (GWAS). Sėkmingai GWAS reikia, kad tūkstančiai pacientų rastų konkrečias su liga susijusias mutacijas.
Nors tokios didelės pacientų kolekcijos buvo surinktos dėl įprastų sudėtingų sutrikimų, pvz., autizmo spektro, kuriuo serga 1 iš 54 vaikų JAV, GWAS metodas yra tikrai sudėtingas dėl spina bifida, kuri paveikia vieną iš 2 758 gyvų gimimų JAV arba 1 427 kūdikius. kiekvienais metais, pasak Ligų kontrolės ir prevencijos centrų.
„Turime sukurti naujus būdus genomo mastu tirti sudėtingas genetines sąlygas, kurios yra mažiau paplitusios, tačiau vis dar daro įtaką daugeliui šeimų“, – sakė Rossas.
Spręsdami šias kliūtis, Ross ir jos kolegos, įskaitant Weill Cornell Medicine-Qatar, Baylor medicinos koledžą ir Stanfordo mediciną, sukūrė nešališką metodą, siekdami ištirti mažesnį skaičių žmonių, kad surastų genus, skiriančius pacientus, sergančius spina bifida, ir asmenis, neturinčius šios būklės. , ir taikykite kitus sistemų biologijos įrankius, kad įvertintumėte tų genų svarbą žmogaus spina bifida. Tyrėjai ištyrė 149 žmonių, sergančių spina bifida, ir 149 sveikų kontrolinių asmenų, turinčių panašią genetinę kilmę, genomus.
Kadangi spina bifida yra reta, norint gauti pakankamai duomenų, būtina tirti žmones iš viso pasaulio, sakė Rossas. Štai kodėl mokslininkai įvertino genetinę informaciją iš žmonių iš JAV ir Kataro. Naudodami mašininį mokymąsi, kai kompiuterinis algoritmas rūšiuoja ir suskirsto duomenis į kategorijas, jie sugebėjo nustatyti, kurie genai, turintys numatomus funkcijų keitimo variantus, turi didžiausią potencialą atskirti atvejus nuo kontrolės.
Tada mokslininkai išanalizavo, kaip šie genai yra susiję su veikla molekuliniu lygiu. Svarbiausi būdai buvo susiję su gliukozės ir lipidų metabolizmu, ty organizmo gebėjimu skaidyti ir naudoti cukrų bei riebalus ląstelių energijai ir funkcijai.
“Šie procesai yra svarbūs tokioms sąlygoms kaip diabetas ir nutukimas”, – sakė Rossas. Cukrinis diabetas ir nutukimas nėštumo metu yra žinomi nervinio vamzdelio defektų rizikos veiksniai.
„Tai tikrai mus paskatino, kad mūsų mašininio mokymosi metodas atnešė kliniškai svarbią informaciją“, – sakė ji, o metodas nustato papildomus reikšmingus molekulinius kelius, kuriais grindžiama būklė.
“Mes ir toliau kuriame tarptautinį gydytojų ir šeimų konsorciumą, kad padidintume šio požiūrio galią suprasti žmogaus spina bifida”, – sakė Rossas.
Galiausiai ji tikisi, kad bus galima išanalizuoti porų, norinčių pastoti, genomus, nustatyti jų optimalias strategijas, kaip užkirsti kelią spina bifida. Pavyzdžiui, kai kurioms poroms papildoma folio rūgštis gali būti puiki prevencinė priemonė, o kitoms, remiantis kai kuriais tyrimais, papildų, tokių kaip inozitolis, kuris gali palaikyti ląstelių membranos funkciją, vartojimas gali padėti sumažinti spina bifida riziką.
„Vieną dieną galėsime pakonsultuoti atskiras poras, koks yra veiksmingiausias būdas joms gimti sveikai, o vaikui, paveiktam spina bifida, optimizuoti jų vystymąsi ir gyvenimo kokybę iki pilnametystės“, – sakė ji. .
Heather Lindsey yra laisvai samdoma Weill Cornell Medicine rašytoja.