Computermodellen voorspellen bekende biomarkers van erfelijke stofwisselingsziekten

Wij zijn allemaal uniek. Onze gezondheid wordt bepaald door onze inherente genetische verschillen in combinatie met onze levensstijl en de omgeving waarin we leven.

Deze unieke identiteit betekent dat een "one size fits all"-benadering niet langer wordt geaccepteerd als de beste manier om onze individuele gezondheid te beheren. Er is vraag naar nieuwe "gepersonaliseerde" benaderingen om onze gezondheid beter te beheren en om therapieën te richten om optimale gezondheidsresultaten te bereiken.

Door informatie over ons genoom te combineren en te analyseren, met andere klinische en diagnostische informatie, patronen kunnen worden geïdentificeerd die kunnen helpen om ons individuele risico op het ontwikkelen van ziekten te bepalen, ziekte eerder opsporen en bepalen wat de meest effectieve interventies zijn om de gezondheid te helpen verbeteren, of het nu medicijnen zijn, levensstijl keuzes, of zelfs eenvoudige veranderingen in het dieet.

onderzoekers, onder leiding van prof. Ines Thiele, een hoofdonderzoeker bij APC Microbiome Ireland SFI Research Centre, die is gevestigd in de National University of Ireland, Galway, hebben computermodellen voor het hele lichaam ontwikkeld - Harvey en Harvetta.

Deze virtuele mensen vertegenwoordigen het metabolisme van het hele lichaam, fysiologie, voeding en het darmmicrobioom. Deze nieuwe modellen voorspellen met succes bekende biomarkers van erfelijke stofwisselingsziekten en maken het mogelijk om potentiële metabole interacties tussen mensen en hun darmmicrobioom op persoonlijk niveau te onderzoeken.

Precisie, of gepersonaliseerd, geneeskunde vereist realistische, mechanistische computationele modellen die de complexiteit van de mens vastleggen die de fysiologie van elk individu vertegenwoordigen, diëetgewoonten, stofwisseling en microbiomen. Moleculaire biologie heeft veel inzicht opgeleverd in de 'onderdelenlijst' voor menselijke cellen, maar het blijft een uitdaging om deze onderdelen te integreren in een virtueel heel menselijk lichaam.

Het Virtual Human Physiome-project heeft uitgebreide computermodellen gegenereerd over de anatomie en fysiologie van menselijke organen, maar moet nog worden verbonden met processen op moleculair niveau en hun onderliggende netwerken van genen, eiwitten, en biochemische reacties.

Het team van prof. Thiele ging deze uitdaging aan om het eerste hele lichaam te ontwikkelen, geslachtsspecifiek, door organen opgeloste computermodellen van het menselijk metabolisme, die mechanistisch anatomie en fysiologie verbinden met metabolische processen op moleculair niveau. Hun studie is vandaag gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Molecular Systems Biology.

Harvey en Harvetta zijn virtuele mannelijke en vrouwelijke menselijke metabole modellen, respectievelijk, opgebouwd uit literatuur en gegevens over het menselijk metabolisme, anatomie en fysiologie, evenals biochemische, metabolomische en proteomische gegevens.

Ze zijn anatomisch met elkaar verbonden als metabole modellen voor het hele lichaam, bestaande uit meer dan 80 000 biochemische reacties verdeeld over 26 organen en 6 soorten bloedcellen. Bovendien, ze kunnen worden uitgebreid met het microbiële metabolisme in de darm. Deze unieke modellen maken het mogelijk om gepersonaliseerde metabole modellen voor het hele lichaam te genereren met behulp van de fysiologische, genomisch, biochemische en microbioomgegevens.

Metabolisch model voor het hele lichaam

Het genereren van gepersonaliseerde metabole modellen voor het hele lichaam is een interdisciplinaire inspanning. De ontwikkeling van metabolismemodellen voor het hele lichaam vereiste de ontwikkeling van nieuwe algoritmen en software voor op beperkingen gebaseerde modellering van hoogdimensionale biochemische netwerken.

Een model voor het hele lichaam wordt gegenereerd door te beginnen met een reeks anatomisch onderling verbonden generieke reconstructies van het menselijk metabolisme. "

Ronan Vlaming, Studie co-auteur en universitair docent, Leids Academisch Centrum voor Geneesmiddelenonderzoek, Universiteit Leiden

"Dit conceptmodel had meer dan 300 duizend afmetingen, die vervolgens werd teruggebracht tot ongeveer 80 duizend orgaanspecifieke reacties met behulp van efficiënte algoritmen en krachtige computerfaciliteiten."

"Harvey en Harvetta zullen een nieuw tijdperk inluiden voor onderzoek naar causale relaties tussen gastheer en microbioom en de ontwikkeling van gerichte dieet- en microbiële interventiestrategieën aanzienlijk versnellen", aldus prof. Ines Thiele, die het onderzoek leiden.

"Deze modellen zouden het inzicht kunnen versnellen in trajecten die betrokken zijn bij geslachtsspecifieke ziekteontwikkeling en -progressie. Bovendien, dankzij de mogelijkheid om de metabole modellen van het hele lichaam te personaliseren met klinische, fysiologisch, en omics-gegevens, ze vormen een belangrijke stap in de richting van gepersonaliseerde, voorspellende modellering van dieet- en medicijninterventies en medicijntoxiciteit, die de kern vormt van precisiegeneeskunde."

Vragen over de Maag

Maaggezondheid voor Baby's

Buikpijn