Un nou proiect analizează microbiomul intestinal pentru terapii personalizate în bolile intestinale
Microbiomul intestinal joacă un rol esențial în bolile inflamatorii intestinale. Proiectul de cercetare MikrobiomProCheck își propune să investigheze modul în care datele referitoare la microbiom pot fi utilizate în viitor pentru diagnosticare, monitorizarea bolii și terapii personalizate.
Ce microorganisme trăiesc în intestinul unei persoane? Cum influențează acestea organismul? Și cum sunt ele legate de apariția și progresia bolilor inflamatorii intestinale (IBD), precum boala Crohn și colita ulcerativă? Microbiomul intestinal ar putea oferi indicii importante cu privire la modul în care IBD se dezvoltă și progresează, precum și la ce tratament este cel mai potrivit pentru pacienți.
Importanța microorganismelor pentru sănătate și boală este subliniată și de Ziua Mondială a Microbiomului, care se celebrează pe 27 iunie. Proiectul colaborativ MikrobiomProCheck, la care participă cercetători de la Universitatea Bielefeld și Spitalul Universitar OWL, investighează cum poate fi valorificată această cunoaștere în domeniul medical. Proiectul este finanțat cu aproximativ 3,4 milioane de euro de către guvernul landului Renania de Nord-Westfalia și Uniunea Europeană.
Scopul este de a face datele despre microbiom utilizabile pentru cercetare și terapie. Profesorul Dr. Robert Heyer coordonează proiectul ca șef al grupului de cercetare Analiza Datelor Omice Multidimensionale la Institutul Leibniz pentru Științe Analitice – ISAS – e. V. din Dortmund. Profesorul de bioinformatică descrie microbiomul ca un spațiu de date în care se adună o cantitate mare de informații.
Cercetătorii caută să identifice tipare: care microorganisme se regăsesc în intestin? Ce funcții îndeplinesc acestea? Și cum se corelează aceste informații cu boala, succesul tratamentului și diferențele individuale între pacienți? „Corelațiile sunt atât de complexe încât pot fi analizate sistematic doar prin metode bazate pe date și inteligență artificială”, spune Heyer. Pe termen lung, astfel de analize ar putea ajuta la monitorizarea evoluției bolii într-un mod mai puțin invaziv. În unele cazuri, un simplu eșantion de fecale ar putea fi, în viitor, suficient, în loc să fie necesare colonoscopii repetate. De asemenea, aceste analize ar putea indica ce medicamente sunt cele mai potrivite pentru anumiți pacienți.
Un singur eșantion de fecale nu oferă, totuși, o bază pentru decizii medicale. Numai prin combinarea datelor clinice, analizelor moleculare și evaluărilor bioinformatice pot fi identificate tipare relevante pentru diagnosticare, terapie și monitorizarea bolii. În cadrul studiului clinic, Spitalul Universitar OWL și Spitalul Universitar Essen colaborează strâns.
La Clinica Universitară de Pediatrie și Medicină Adolescentină de la Spitalul Universitar OWL, Profesorul Dr. Eckard Hamelmann și Dr. Patricia Maasjosthusmann studiază pacienți tineri cu IBD, precum și subiecți de comparație sănătoși cu vârste cuprinse între șase și 17 ani. „Privind în mod special la copii și adolescenți, putem înțelege mai bine schimbările timpurii din microbiomul intestinal”, afirmă Heyer. Bolile inflamatorii intestinale încep adesea la o vârstă fragedă.
Spitalul Universitar Essen este responsabil pentru recrutarea pacienților adulți și a subiecților de control pentru studiu. Eșantioanele de fecale și informațiile însoțitoare – cum ar fi cele referitoare la dietă și stilul de viață – sunt colectate de la toți pacienții în mai multe momente. În cadrul consorțiului proiectului, aceste date sunt compilate și analizate pentru a investiga ce factori influențează evoluția bolii.
Eșantioanele devin date: Dr. Tobias Busche de la Omics Core Facility de la CeBiTec contribuie cu expertiză în analiza genomului de la Universitatea Bielefeld la acest proces. Secvențierea permite determinarea informațiilor genetice microbiene prezente în eșantioane și a funcțiilor biologice ce ar putea fi asociate cu acestea. Aceasta relevă ce conține microbiomul intestinal și ce sarcini ar putea îndeplini constituenții săi.
Următorul pas este identificarea unor tipare specifice în aceste date. Profesorul Dr. Alexander Sczyrba de la Facultatea de Tehnologie de la Universitatea Bielefeld dezvoltă metode bioinformaticice care permit analiza sistematică a acestor volume mari de date. Aceste metode îi ajută pe cercetători să identifice ce schimbări în microbiom ar putea fi legate de boală și ce date sunt potrivite pentru analize ulterioare bazate pe inteligența artificială. De asemenea, se utilizează Cloud-ul de la de.NBI la CeBiTec, care oferă infrastructură flexibilă de calcul și stocare.
Studiul clinic, analiza genomică și evaluarea bioinformatică sunt strâns interconectate în cadrul MikrobiomProCheck. Pentru Profesorul Dr. Volker Wendisch, purtător de cuvânt al Domeniului de Interes „Microbiologie într-o lume bazată pe date – Microbiome și Bioproducție Sustenabilă” (MDDW) și Director Științific al CeBiTec de la Universitatea Bielefeld, proiectul ilustrează abordarea domeniului: „Proiectul este interdisciplinar, bazat pe date și își propune să traducă perspectivele microbiologice în aplicații concrete.” Aceasta, spune el, este, de asemenea, esența MDDW: reunirea microbiologiei, volumelor mari de date, metodelor bioinformatice și întrebărilor de cercetare orientate spre aplicații. Profesorul Dr. Robert Heyer afirmă: „Ceea ce este special la MikrobiomProCheck este amploarea abordării sale: nu ne concentrăm pe microbiomul intestinal în izolare, ci combinăm datele clinice, analizele moleculare și bioinformatica. Aceasta ne permite să investigăm corelații care ar fi greu vizibile folosind o singură metodă.”
Proiectul
MikrobiomProCheck este un proiect de cercetare interdisciplinar, care se desfășoară în întreaga Renania de Nord-Westfalia: Evangelische Klinikum Bethel – Spitalul Universitar OWL al Universității Bielefeld (Profesorul Dr. Eckard Hamelmann, Dr. Patricia Maasjosthusmann) și Spitalul Universitar Essen (Profesorul Dr. Claudia Veltkamp) sunt responsabili, de exemplu, pentru studiul care implică între 10 și 20 de pacienți tineri cu IBD și 100 de pacienți adulți, precum și un număr egal de participanți sănătoși.
Biofidus AG, un spin-off al Universității Bielefeld, și ISAS (Profesorul Dr. Albert Sickmann) efectuează analizele moleculare ale eșantioanelor de fecale. Analiza interacțiunilor dintre microbiom și sistemul imunitar este realizată la Spitalul Universitar Essen (Profesorul Dr. Astrid Westendorf, Dr. Alexandra Mekes-Adamczyk). Lead Discovery Center GmbH dezvoltă o metodă de screening pentru a investiga interacțiunile dintre agenții terapeutici și microbiomul intestinal.
ISAS (Profesorul Dr. Robert Heyer), împreună cu Universitatea din Bonn (Profesorul Dr. Martin Hofmann-Apitius, Profesorul Dr. Marie-Christine Simon, Dr. Alpha Tom Kodamullil) și Universitatea Bielefeld (Profesorul Dr. Alexander Sczyrba, Dr. Tobias Busche), este responsabilă în comun pentru analizele microbiomului bazate pe inteligența artificială și pentru stabilirea infrastructurii digitale.
