Команда ученых из Университета Голуэя разработала поистине уникальную цифровую библиотеку APOLLO, в которой собрано более 247 тысяч компьютерных моделей бактерий. Эта коллекция не имеет аналогов в мире и открывает новые горизонты в исследовании микробиома человека, позволяя проводить эксперименты без длительных лабораторных процедур.
Возглавляет проект профессор Инес Тиле — ведущий исследователь центра APC Microbiome Ireland, расположенного в Университетском колледже Корка. Каждая цифровая модель детально описывает жизнь и функционирование бактерии: как она преобразует питательные вещества в энергию и какие вещества при этом вырабатывает — именно те, что оказывают влияние на наш организм.
Ученые также смоделировали 14 451 бактериальное сообщество, основываясь на реальных образцах, собранных у людей разного возраста со всех континентов. Микробиом — это живая система, в которой обитают бактерии, вирусы и тысячи других микроорганизмов. Они не просто существуют внутри нас, но и активно влияют на наше здоровье: защищают от болезней, помогают переваривать пищу и даже определяют наше настроение.
Уже давно ученые заметили связь между состоянием микробиома и многими хроническими заболеваниями. Теперь APOLLO поможет точно определить, какие вещества производят наши маленькие соседи — как опасные для нервной системы токсины, так и полезные для здоровья молекулы.
Особенно интересно изучать, как работают бактерии в кишечнике. С помощью компьютерных симуляций мы сможем увидеть, какие химические сигналы микробы отправляют в мозг и как это влияет на наше самочувствие. Например, существует гипотеза, что нарушение состава кишечной микрофлоры может повышать риск развития болезни Паркинсона. С помощью APOLLO исследователи смогут более детально изучить эти тонкие связи и, возможно, создать новые инструменты диагностики.
Цифровые технологии коренным образом меняют работу микробиологов. Раньше приходилось неделями ждать, пока вырастут культуры бактерий в лаборатории, соблюдая сложные условия их содержания. Теперь любую идею можно будет проверить на компьютере за считанные часы. К тому же исследователи из разных стран могут одновременно работать с одними и теми же данными, что значительно ускоряет поиск ответов на сложные вопросы.
Новый подход уже приносит конкретные результаты. Например, ученым удалось обнаружить новые потенциальные связи между микробиомом и болезнью Крона. В ходе виртуальных экспериментов они выявили специфические метаболические маркеры, характерные для этого диагноза. На основе этих сведений можно будет разработать новые способы выявления и мониторинга первых симптомов. Это позволит не только диагностировать заболевание на ранних стадиях, но и точнее отслеживать, как пациент реагирует на терапию.
Программа также поможет разобраться, как меняется микрофлора у детей, страдающих от недоедания. Это критически важно для мировых программ здравоохранения, которые пытаются справиться с проблемой голода. Зная, какие бактерии и их метаболиты связаны с истощением организма, врачи смогут эффективнее корректировать питание и назначать нужные пробиотики.
Микробы живут не только в кишечнике, но и в ротовой полости, на коже и во многих других частях тела. База данных охватывает все эти экосистемы и показывает, как различается состав микрофлоры у жителей разных регионов мира. Особое внимание уделяется народам, живущим вне западной цивилизации. У этих сообществ обнаружены уникальные бактериальные профили, которые могут объяснить их устойчивость к определенным заболеваниям.