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肠道微生物组是一个复杂的,相互关联的物种生态系统。而且,像任何生态系统一样,有些生物是捕食者,有些是猎物。由布里格姆妇女医院和Wyss研究所的研究人员领导的一项新研究调查了噬菌体,即感染和杀死细菌的病毒的影响。

在诊断脑动脉瘤时,医生很快就会从人工智能工具中获得一些帮助 –
大脑中可能泄漏或爆裂的血管中的凸起,可能导致中风,脑损伤或死亡。

尽管近几十年来我们对人体细胞和组织的了解已经稳步增加,但许多事情仍然未知。例如,细胞存在于短暂的动态状态,理解它们是破译疾病和找到治疗方法的基础。在实验室中用于研究细胞类型的经典技术面临限制,并且不能实现细胞功能的精细细节。

他们发现噬菌体可以对肠道微生物组的动态产生深远的影响,不仅直接影响某些物种,而且还会对其他物种产生连锁效应。噬菌体也可能通过调节代谢物(包括大脑中发现的化学物质)来影响其人体宿主。该团队包括第一作者Bryan
Hsu博士和Wyss研究所的共同对应资深作者Pamela
Silver博士,以及马萨诸塞州主机 – 微生物中心主任Brigham和博士Lynn
Bry博士。细胞宿主和微生物。

由斯坦福大学的研究人员开发并在6月7日发表于JAMA Network
Open的论文中详细介绍的人工智能工具,突出了可能含有动脉瘤的脑部扫描区域。

为克服这一障碍,由Holger
Heyn领导的西班牙巴塞罗那基因组调控中心(CRG)的国家基因组分析中心(CNAG-CRG)的一组科学家开发了一种新的计算工具,基于数学图论,用于推断健康和病理器官的全球大规模调节网络,例如那些受糖尿病或阿尔茨海默病影响的器官。研究人员能够确定与器官功能和疾病潜在驱动因素相关的基因。他们将在最新一期的基因组生物学杂志上发表他们的研究结果。

我实验室的一个主要兴趣是了解肠道微生物组动态的变化。噬菌体是微生物组的一个重要组成部分,但尚未进行过多次研究,共同对应的资深作者Georg
Gerber医学博士表示。博士,公共卫生硕士,马萨诸塞州主机 –
微生物中心的联合主任,布里格姆病理学系计算病理学部主任。有些人正在探索噬菌体治疗,利用噬菌体杀死微生物,但噬菌体也在肠道中自然存在,与生态系统的其他部分共存。我们想知道他们在那里做了什么。

关于机器学习如何在医学领域实际运作的问题引起了人们的极大关注,斯坦福大学统计学研究生兼该论文的共同主要作者艾莉森公园说。这项研究是人类在人工智能工具的帮助下如何参与诊断过程的一个例子。

我们以前开发的单细胞转录组学工具对于发现未知细胞类型非常有用,CNAG-CRG的高级博士后研究员,该研究的第一作者Giovanni
Iacono说。这些工具使我们能够描述细胞的新类型和亚型,具有独特的生物学作用和等级关系,他补充道。

为了解决这个问题,研究小组用一组确定的人类细菌物种定植了老鼠的肠道,然后添加了噬菌体,追踪每种微生物的生长。利用高通量测序和计算分析,该团队发现噬菌体引起了他们预期捕获的物种的消耗,但对生态系统的其他部分(包括非目标物种的大量繁殖)产生了波动效应。

该工具围绕一种名为HeadXNet的算法构建,提高了临床医生正确识别动脉瘤的能力,其水平相当于在包含动脉瘤的100次扫描中发现另外六个动脉瘤。它还提高了口译临床医生的共识。虽然HeadXNet在这些实验中的成功很有希望,但研究人员团队

到目前为止,已经使用单细胞分析来了解细胞类型及其在组织内的功能。像人类细胞图谱项目这样的大型联盟产生了整个生物体的单细胞图谱,需要复杂的分析策略将大数据转化为破坏性的生物学和临床见解,单细胞基因组学小组负责人Holger
Heyn说。 CNAG-CRG和该文章的高级作者。

除了研究对微生物的影响外,研究小组还研究了代谢组的影响 –
这些化学物质可能来自宿主和存在的细菌。他们发现,当他们用噬菌体调节微生物组时,他们可以看到代谢组的靶向变化,包括神经递质水平和胆汁酸的变化。

  • 他们拥有机器学习,放射学和神经外科方面的专业知识 –
    提醒说,在实时临床部署之前需要进一步调查以评估AI工具的普遍性。不同医院中心的扫描仪硬件和成像协议的差异。研究人员计划通过多中心合作解决这些问题。

这个科学团队现在开发的工具将使他们更进一步,看看基因如何相互作用形成组织。我们的工具试图准确地解决控制细胞形态和功能的调节过程,Iacono强调说。

这一发现使我对后续工作着迷并提出了重要问题:我们可以使用噬菌体调节这些活动吗?这可能是一种干预条件,例如抑郁症,你想要改变神经递质水平吗?格柏说。即使它们不被用作直接治疗药物,我们的研究表明,噬菌体可能是了解改变微生物组的其他疗法的潜在影响的良好工具。

增强的专业知识

该工具基于图论,这是一种抽象的数学模型,其中有通过边连接的节点。一旦有了图形,结构,就可以衡量每个节点对网络的重要性。在这种情况下,每个节点都是一个基因,重要性被定义为该基因的功能是所研究的生物系统的关键。

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