Болезнь Паркинсона связана с химикатами в окружающей среде

Болезнь Паркинсона – это прогрессирующее и распространенное нейродегенеративное заболевание, которое обычно характеризуется непроизвольной дрожью, скованностью и замедленными движениями. Помимо этих двигательных симптомов, у людей часто возникают различные проблемы, не связанные с движением, в том числе серьезные проблемы с кишечником, такие как запоры, воспаление и повышенная проницаемость кишечника.

Интересно, что эти нарушения в работе кишечника могут проявляться за десятилетия до появления двигательных нарушений, что вызывает значительный интерес к потенциальной роли микробиома кишечника в понимании, диагностике и даже разработке новых методов лечения этого заболевания.

Несколько исследований, посвященных изучению микробиома людей с болезнью Паркинсона, неизменно показывают его отличия от микробиома здоровых людей.

Однако результаты часто разнятся, что не является чем-то необычным в исследованиях микробиома, учитывая разнообразие методологий и различия между популяциями по всему миру.

В то время как предыдущий мета-анализ, проведенный Институтом Quadram, объединил данные для выявления некоторых общих черт на разных континентах, четкого консенсуса относительно конкретных микробов, характеризующих микробиом Паркинсона, по-прежнему не удается достичь.

Анализ триллионов микробов в микробиоме кишечника позволяет получить огромный объем данных. Чтобы найти закономерности, которые могли бы помочь в выявлении болезни Паркинсона, исследователи все чаще используют машинное обучение. В этой области искусственного интеллекта применяются статистические методы для выявления больших массивов данных и обучения на их основе, что позволяет делать прогнозы на основе новой информации.

Хотя некоторые первоначальные исследования являются многообещающими и демонстрируют точность до 90%, настоящим испытанием станет то, как эти модели прогнозирования будут работать на выборках из различных независимых популяций.

Недавно ученые из Института Quadram и Европейской лаборатории молекулярной биологии провели крупное исследование, проанализировав образцы, взятые почти у 4500 пациентов, чтобы выявить значительные изменения в микробиоме кишечника людей с болезнью Паркинсона.

Это исследование, опубликованное в Nature Communications, дает наиболее полное представление об изменениях микробиома кишечника, наблюдаемых при болезни Паркинсона.

Используя машинное обучение на основе данных 22 исследований по всему миру, команда определила конкретные типы бактерий и их метаболическую активность, которые неизменно связаны с болезнью Паркинсона.

Интригующая связь с ксенобиотиками

Одним из самых поразительных открытий стало обогащение микробиологических путей, задействованных в биохимической трансформации ксенобиотиков – чужеродных для организма химических веществ, таких как пестициды, растворители и загрязняющие вещества.

“Обнаружение этой сигнатуры в микробиоме кишечника пациентов с болезнью Паркинсона позволяет предположить, что микробы могли контактировать с этими соединениями. Эти результаты очень интересны, поскольку они на самом деле хорошо согласуются с текущими эпидемиологическими данными, указывающими на то, что воздействие этих химических веществ может увеличить риск развития болезнью Паркинсона”, – комментирует Стефано Романо, первый автор исследования, который участвовал в исследованиях как Европейской лаборатории молекулярной биологии, так и Института Quadram.

Точные последствия такого обогащения все еще изучаются. “Заманчиво предположить, что состав микробиома кишечника может измениться в результате воздействия этих химических веществ. Или же расщепление этих химических веществ микробиомом может изменить их известное воздействие на нейроны головного мозга? И может ли это быть защитным эффектом, или процесс может увеличить нейротоксичность этих химических веществ?” – размышляет доктор Георг Целлер, старший автор исследования из Европейской лаборатории молекулярной биологии.

“Необходимы дополнительные исследования, чтобы понять молекулярные механизмы того, как кишечные микробы преобразуют эти химические вещества”.

Помимо химического распада: воспаление и проницаемость

Анализ также выявил признаки патогенных бактерий, связанных с инфекционными процессами. Они могут способствовать воспалению и повышенной проницаемости – или “негерметичности” – слизистой оболочки кишечника. Нарушение кишечного барьера может способствовать проникновению бактериальных продуктов и потенциально токсичных соединений (например, ксенобиотиков) из кишечника в организм и, возможно, даже в мозг и центральную нервную систему.

Однако неясно, какие именно ксенобиотики привели к этой сигнатуре микробиома, и мы не можем исключать, что причиной наблюдаемого эффекта могут быть лекарства от болезни Паркинсона. Кроме того, последствия повышенной способности микробиома расщеплять эти вещества остаются неизвестными.

Основа для будущей диагностики и лечения

Этот крупномасштабный мета-анализ подчеркивает возможности объединения различных наборов данных и машинного обучения для решения проблем, связанных с исследованиями микробиома. Хотя отдельные модели машинного обучения часто с трудом поддаются обобщению в различных исследованиях, одновременное обучение моделей на данных из множества исследований значительно улучшило их способность выявлять изменения в микробиоме, связанные с болезнью Паркинсона.

“Используя большой объем данных, мы получили самое современное представление о таксономических и функциональных характеристиках кишечного микробиома, которые тесно связаны с болезнью Паркинсона”, – комментирует доктор Романо.

“Появляется все больше данных о роли микробиома кишечника в этиологии болезни Паркинсона, но различия в отдельных микробиомах затрудняют точное определение конкретных микробов, которые с наибольшей вероятностью могут быть вовлечены в патологические процессы. Сочетание использования машинного обучения с углубленным метагеномным секвенированием с использованием больших когорт обеспечивает многообещающую основу для диагностики и терапевтического потенциала”, – подчеркивает более широкие последствия Арьян Нарбад из Института Quadram.

Это исследование открывает путь для дальнейшего изучения сложных механизмов, связывающих наш индивидуальный кишечный микробиом с риском развития болезни Паркинсона и потенциальными стратегиями защиты.