Паттерны экспрессии генов, связанные с вирусными инфекциями, представляют собой карту, которая помогает определить иммунные ответы пациентов, измерить тяжесть заболевания, предсказать результаты и испытать методы лечения для текущих и будущих пандемий.
Исследователи из Медицинской школы Сан-Диего Калифорнийского университета использовали алгоритм искусственного интеллекта (ИИ) для анализа терабайтов данных об экспрессии генов — какие гены «включены» или «выключены» во время инфекции — чтобы найти общие закономерности у пациентов с прошлой пандемией. вирусные инфекции, включая SARS, MERS и свиной грипп.
Результате исследования опубликованы в eBiomedicine.
Один, набор из 166 генов, показывает, как иммунная система человека реагирует на вирусные инфекции. Второй набор из 20 сигнатурных генов предсказывает тяжесть заболевания пациента. Например, необходимость госпитализации или использования аппарата ИВЛ. Полезность алгоритма была подтверждена с использованием тканей легких, собранных при вскрытии тела умерших пациентов с COVID-19, и животных моделей инфекции.
«Эти вирусные сигнатуры, связанные с пандемией, говорят нам, как иммунная система человека реагирует на вирусную инфекцию и насколько серьезной она может быть, и это дает нам карту для этой и будущих пандемий», — сказал Прадипта Гош, доктор медицины, профессор клеточных и молекулярных медицины в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего и онкологическом центре Мурса.
Во время вирусной инфекции иммунная система выделяет в кровь небольшие белки, называемые цитокинами. Эти белки направляют иммунные клетки к месту заражения, чтобы помочь избавиться от инфекции. Однако иногда организм выделяет слишком много цитокинов, создавая неконтролируемую иммунную систему, которая атакует его собственные здоровые ткани. Этот несчастный случай, известный как цитокиновый шторм, считается одной из причин, по которой некоторые инфицированные вирусом пациенты, в том числе больные обычным гриппом, умирают от инфекции, а другие — нет.
«Когда началась пандемия COVID-19, я хотел использовать свои знания в области информатики, чтобы найти что-то общее для всех вирусных пандемий — некую универсальную истину, которую мы могли бы использовать в качестве руководства, пытаясь разобраться в новом вирусе. Этот коронавирус может быть новым для нас, но есть лишь несколько способов, которыми наш организм может реагировать на инфекцию», — сказал Дебашис Саху, доктор философии, доцент кафедры педиатрии Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и информатики и инженерии в инженерной школе Джейкобса.
Данные, используемые для тестирования и обучения алгоритма, получены из общедоступных источников данных об экспрессии генов пациентов — все РНК транскрибируются с генов пациентов и обнаруживаются в образцах тканей или крови. Каждый раз, когда появлялся новый набор данных от пациентов с COVID-19, команда тестировала его на своей модели. Каждый раз они видели одни и те же паттерны экспрессии генов.
«Другими словами, это было то, что мы называем проспективным исследованием, в которое участники включались в исследование по мере того, как у них развивалась болезнь. Мы использовали генные сигнатуры, которые мы нашли, чтобы ориентироваться на неизведанной территории совершенно новой болезни», — сказал Саху.
Изучая источник и функцию этих генов в первом наборе сигнатурных генов, исследование также выявило источник цитокиновых штормов: клетки, выстилающие дыхательные пути легких, и лейкоциты, известные как макрофаги и Т-клетки. Кроме того, результаты проливают свет на последствия урагана: повреждение тех же клеток дыхательных путей легких и естественных клеток-киллеров, специализированных иммунных клеток, которые убивают инфицированные вирусом клетки.
«Мы смогли увидеть и показать миру, что альвеолярные клетки в наших легких, которые обычно предназначены для газообмена и оксигенации нашей крови, являются одним из основных источников цитокинового шторма. Затем команда нашего центра моделирует легкие человека в контексте инфекции COVID-19, чтобы изучить как острые, так и пост-COVID-19 эффекты», — говорит Сумита Дас, доктор философии, профессор патологии в школе Калифорнийского университета в Сан-Диего. медицины
Исследователи считают, что эта информация также может помочь в выборе подходов к лечению пациентов, испытывающих цитокиновый шторм, путем предоставления клеточных целей и критериев для измерения улучшения.
Чтобы проверить свою теорию, команда предварительно лечила грызунов либо версией-предшественником молнупиравира, препарата, который в настоящее время тестируется в клинических испытаниях для лечения пациентов с COVID-19, либо антителами, нейтрализующими SARS-CoV-2. После воздействия SARS-CoV-2 клетки легких грызунов, получавших контрольную терапию, показали связанные с пандемией сигнатуры экспрессии 166 и 20 генов.
«Дело не в том, а когда возникнет следующая пандемия. Мы создаем инструменты, которые актуальны не только для сегодняшней пандемии, но и для следующей, которая не за горами», — сказал Гош.
Ранее Курсор писал, что ИИ помогает разрабатывать лучшие препараты на основе антител.
Курсор также писал, что израильские ученые используют ИИ для борьбы с кишечными заболеваниями. Новый метод позволит ученым создать новые умные лекарства, которые смогут нейтрализовать белок и предотвратить определенные заболевания.
Курсор сообщал, что ИИ используют для точного прогнозирования риска остановки сердца. Раздел искусственного интеллекта (ИИ), называемый машинным обучением, может точно предсказать риск остановки сердца вне больницы — когда сердце внезапно перестает биться — используя комбинацию данных о времени и погоде.
Ученые обучили искусственный интеллект выявлять коронавирус. Искусственный интеллект помогает в борьбе с коронавирусом COVID-19.
Курсор сообщал, что искусственный интеллект может предсказывать потенциальные мутации коронавируса. Исследователи из Университета Южной Калифорнии разработали новый метод, с помощью которого, возможно, можно будет противостоять новым мутациям коронавируса. Метод с использованием ИИ уже предсказал 26 потенциальных вакцин от коронавируса.
Автор материала: Таня Нати
Orbita.co.il
