Trí tuệ nhân tạo phát hiện mối liên hệ giữa vi khuẩn đường ruột và bệnh Alzheimer

Một nghiên cứu mới đây đã ghi nhận bước tiến quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu bệnh Alzheimer khi xác định được các thụ thể cụ thể trong cơ thể con người có thể tương tác với các sản phẩm chuyển hóa do vi khuẩn đường ruột tạo ra. Phát hiện quan trọng này mở ra những con đường mới cho việc can thiệp điều trị bệnh Alzheimer.

Bệnh Alzheimer là một căn bệnh thoái hóa thần kinh tiến triển, thường gặp ở người lớn tuổi. Bệnh gây ra sự suy giảm các chức năng nhận thức quan trọng như trí nhớ, tư duy và ngôn ngữ.

Đặc điểm của bệnh Alzheimer là sự tích tụ các mảng amyloid-beta và đám rối protein trong não. Những mảng bám và đám rối này làm gián đoạn sự giao tiếp giữa các tế bào thần kinh, dẫn đến suy giảm chức năng não và cuối cùng là chết tế bào.

Mặc dù nguyên nhân chính xác gây ra bệnh Alzheimer vẫn còn là bí ẩn, các nhà khoa học tin rằng nó là kết quả của sự tương tác phức tạp giữa các yếu tố di truyền, lối sống và môi trường, ảnh hưởng tiêu cực đến não bộ theo thời gian. Khi bệnh tiến triển nặng, các triệu chứng trở nên nặng nề hơn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng thực hiện các hoạt động hàng ngày, giao tiếp và ghi nhớ, khiến Alzheimer thành một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra chứng mất trí nhớ ở người cao tuổi.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng vi khuẩn đường ruột ở bệnh nhân Alzheimer có sự thay đổi đáng kể so với người bình thường khi bệnh tiến triển. Những vi khuẩn này tạo ra các sản phẩm chuyển hóa có thể ảnh hưởng đến sức khỏe não bộ và có khả năng góp phần vào sự phát triển của bệnh Alzheimer. Tuy nhiên, cơ chế chính xác mà các sản phẩm chuyển hóa này tác động đến não bộ vẫn chưa được giải đáp.

Nhằm lấp đầy những khoảng trống còn tồn tại trong hiểu biết về tác động của các sản phẩm chuyển hóa do vi khuẩn đường ruột tạo ra lên não bộ trong bệnh Alzheimer, các nhà khoa học đã khởi động một nghiên cứu mới đầy hứa hẹn. Mục tiêu chính của nghiên cứu này là giải mã tương tác phức tạp giữa các chất chuyển hóa này và các thụ thể mà chúng ảnh hưởng trong cơ thể con người, mở ra tiềm năng phát triển các phương pháp điều trị và phòng ngừa Alzheimer hiệu quả hơn.

Dẫn dắt bởi Tiến sĩ Feixiong Cheng, nhóm nghiên cứu gồm các chuyên gia hàng đầu từ Trung tâm Bộ gen Bệnh viện Cleveland, Trung tâm Sức khỏe Não Luo Ruvo và Trung tâm Hệ vi sinh vật và Sức khỏe Con người đã tập trung vào việc làm sáng tỏ vai trò cụ thể của vi khuẩn đường ruột trong sự phát triển và tiến triển của bệnh Alzheimer.

Nhóm nghiên cứu đã áp dụng thuật toán học máy tiên tiến để phân tích hơn một triệu cặp chất chuyển hóa và thụ thể tiềm năng, nhằm xác định những tương tác có khả năng ảnh hưởng đến bệnh tật. Dữ liệu di truyền, kết hợp với phương pháp ngẫu nhiên hóa Mendelian, đóng vai trò then chốt trong việc bổ sung và củng cố cho những dự đoán này, giúp đánh giá mối quan hệ nhân quả và xác nhận sự tham gia của thụ thể một cách chính xác.

Ông Cheng cho biết: “Ẩn sâu trong ruột của chúng ta là một kho tàng những "chìa khóa" sinh học - các chất chuyển hóa - đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh lý thiết yếu của cơ thể. Mỗi "chìa khóa" này đều mang một sứ mệnh riêng biệt, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và khả năng phòng ngừa bệnh tật của con người. Vấn đề là chúng ta có hàng chục nghìn cơ quan thụ cảm và hàng nghìn chất chuyển hóa trong hệ thống của mình, vì vậy việc tìm ra chìa khóa nào đi vào ổ khóa nào một cách thủ công rất chậm và tốn kém. Đó là lý do tại sao chúng tôi quyết định sử dụng AI để hỗ trợ”.

Nghiên cứu này cũng liên quan đến việc xác nhận qua thực nghiệm bằng cách sử dụng[2] tế bào thần kinh có nguồn gốc từ bệnh nhân Alzheimer, trong đó các chất chuyển hóa cụ thể được kiểm tra tác động của chúng đối với mức protein, một dấu mốc sinh học quan trọng trong việc phát hiện sự tiến triển của bệnh. Cách tiếp cận nhiều mặt này cho phép các nhà nghiên cứu vạch ra các tương tác quan trọng trong trục ruột - não, làm sáng lên hy vọng chữa bệnh Alzheimer.

Một trong những kết quả nổi bật nhất của nghiên cứu là xác định được các thụ thể kết hợp G-protein (GPCR) cụ thể tương tác với các chất chuyển hóa do vi khuẩn đường ruột tạo ra. Các nhà nghiên cứu tập trung vào các GPCR đơn lẻ - các thụ thể mà chất kích hoạt tự nhiên chưa được biết đến - và phát hiện ra rằng một số chất chuyển hóa nhất định có thể kích hoạt các thụ thể này. Phát hiện này đặc biệt hấp dẫn vì nó mở ra những con đường mới để phát triển thuốc, nhắm vào các thụ thể này để có khả năng điều chỉnh hoạt động của chúng nhằm hỗ trợ phòng ngừa hoặc giảm thiểu bệnh tật.

Việc áp dụng các mô hình học máy đóng vai trò then chốt trong việc dự đoán sự tương tác giữa hơn một triệu cặp thụ thể - chất chuyển hóa. Phương pháp tiếp cận thông lượng cao này không chỉ hợp lý hóa việc xác định các tương tác có liên quan mà còn nâng cao hiểu biết về các cơ chế phức tạp mà qua đó hệ vi sinh vật đường ruột có thể ảnh hưởng đến sức khỏe não bộ. Bằng cách tích hợp các phân tích di truyền và dữ liệu thực nghiệm, các nhà nghiên cứu có thể xác nhận những dự đoán này và cải tiến sự hiểu biết của họ về trục ruột - não trong quá trình nghiên cứu về bệnh Alzheimer.

Mặc dù đầy hứa hẹn nhưng các tác giả của nghiên cứu vẫn thừa nhận một số hạn chế. Sự phức tạp của trục ruột - não có nghĩa là những phát hiện này chỉ là sơ bộ và cần được xác nhận thêm thông qua các nghiên cứu thực nghiệm và lâm sàng. Nghiên cứu trong tương lai sẽ cần phải xác nhận những tương tác này ở các sinh vật sống và khám phá tiềm năng điều trị của việc điều chỉnh ở trục ruột - não.

Ngoài ra, nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các tương tác sinh hóa ở cấp độ phân tử mà không xem xét các yếu tố sinh lý và môi trường rộng hơn có thể ảnh hưởng đến các quá trình này trong cơ thể sống.

Mặc dù nghiên cứu này vẫn còn nhiều hạn chế, nó đã cung cấp một nền tảng vô giá cho các nhà khoa học khác trong việc khám phá cách thức các sản phẩm chuyển hóa từ vi khuẩn đường ruột ảnh hưởng đến sức khỏe và bệnh tật của não bộ. Ý nghĩa của những phát hiện này vượt xa phạm vi nghiên cứu về bệnh Alzheimer. Các phương pháp và kiến thức thu thập được có thể được ứng dụng cho nhiều bệnh lý thần kinh và hệ thống khác có liên quan đến hệ vi sinh vật đường ruột.