Nowatorski indeks zdrowia mikrobiomu jelitowego, który zamiast składu taksonomicznego koncentruje się na funkcjonalnych zdolnościach i interakcjach drobnoustrojów, stworzyli naukowcy z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego. Ich narzędzie opisuje czasopismo „GigaScience”.
Predykcja chorób oparta na mikrobiomie staje się potężnym, nieinwazyjnym narzędziem do wykrywania szeregu schorzeń związanych z zaburzeniami mikrobioty jelitowej. Postęp ten jest dodatkowo napędzany przez rozwój technologii sekwencjonowania i spadek kosztów analizy. Tradycyjnie indeksy zdrowia mikrobiomu opierają się na różnorodności gatunkowej, bazując wyłącznie na obecności określonych mikroorganizmów w próbce stolca. Jednak globalne analizy pokazują, że występowanie gatunków jest wysoce zmienne, co uniemożliwia określenie uniwersalnego zestawu mikroorganizmów obecnych u wszystkich zdrowych osób.
Jaka zatem jest alternatywa? Naukowcy z MCB UJ przekonują, że to funkcje mikrobiologiczne, interakcje, metabolity oraz nisze ekologiczne, w których znajduje się mikrobiom, najlepiej odzwierciedlają jego zachowanie. Opracowany przez nich q2-predict-dysbiosis (Q2PD) – nowatorski indeks zdrowia mikrobiomu jelitowego, ma szansę zrewolucjonizować sposób oceny zdrowia jelit przez klinicystów i badaczy, szczególnie w chorobach takich jak nieswoiste zapalenia jelit (IBD), cukrzyca i otyłość.
Autorzy rozwiązania wskazują, że w przeciwieństwie do konwencjonalnych indeksów opartych na bogactwie gatunkowym lub liczbie drobnoustrojów, Q2PD identyfikuje „kluczowe funkcje”, które są konsekwentnie obecne w zdrowym mikrobiomie jelitowym. Zanikają one w trakcie dysbiozy (zaburzenia równowagi mikrobiologicznej), co zapewnia bardziej przejrzysty związek ze stanem zdrowia. Ponadto Q2PD przewyższa szeroko stosowane narzędzia, takie jak Gut Microbiome Health Index i hiPCA, w rozróżnianiu osób zdrowych od pacjentów z IBD, wykazując większą dokładność w różnych zbiorach danych, nawet tych, które pierwotnie służyły do szkolenia konkurencyjnych metod. Nowy indeks był testowany na ponad 8 tys. próbkach pochodzących z różnorodnych kohort na całym świecie i konsekwentnie dostarczał solidnych wyników w różnych populacjach i jednostkach chorobowych, w tym w nowotworach i zaburzeniach metabolicznych.
Dlaczego ma to znaczenie?
Mikrobiom jelitowy odgrywa fundamentalną rolę w zdrowiu człowieka, jednak istniejące narzędzia często nie są w stanie uchwycić jego dynamicznego stanu funkcjonalnego. Poprzez uwzględnienie interakcji mikrobiologicznych i szlaków metabolicznych, Q2PD zapewnia bardziej kompleksowy obraz zdrowia jelit, umożliwiając wcześniejsze wykrywanie chorób, zwłaszcza takich jak IBD, personalizowane interwencje, np. indywidualnie dobrane diety i terapie probiotyczne na podstawie niedoborów funkcjonalnych oraz skuteczniejsze monitorowanie powrotu do zdrowia, np. po przeszczepach mikrobioty kałowej lub antybiotykoterapii.
Nasze podejście wykracza poza pytanie, jakie drobnoustroje są obecne, koncentrując się na tym, co one faktycznie robią. To rozwiązanie może zrewolucjonizować diagnostykę i leczenie schorzeń związanych z mikrobiomem, dostarczając praktycznych wskazówek dla medycyny precyzyjnej – podkreślają dr Kinga Zilińska oraz dr hab. inż. Paweł Łabaj z Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ.
Zespół planuje rozszerzyć funkcjonalną anotację próbek metagenomicznych przy użyciu nowoczesnych narzędzi, w tym własnej platformy DeepFRI, przeprowadzić dodatkową walidację w populacjach niedostatecznie reprezentowanych, ze szczególnym uwzględnieniem Polski, a także opracować intuicyjne narzędzia ułatwiające zastosowanie Q2PD przez klinicystów i badaczy.
Q2PD stanowi istotny krok naprzód w badaniach nad mikrobiomem jelitowym, torując drogę do dokładniejszych, opartych na funkcjach ocen zdrowia. Dzięki wysokiej mocy predykcyjnej i szerokiemu zakresowi zastosowań to innowacyjne narzędzie ma ogromny potencjał w rozwoju medycyny precyzyjnej i poprawie wyników zdrowotnych pacjentów na całym świecie.
Indeks stworzony przez naukowców z UJ przedstawiono na łamach czasopisma „GigaScience”.
Łukasz Wspaniały, źródło: UJ