APOLLO: 247 000 виртуальных бактерий помогают раскрывать тайны нашего тела

Команда из Университета Голуэя создала уникальную цифровую библиотеку APOLLO , где собраны более 247 тысяч компьютерных моделей бактерий. Эта коллекция, не имеющая аналогов в мире, позволит исследовать микробиом человека, не прибегая к длительным лабораторным экспериментам. Проект возглавляет профессор Инес Тиле — ведущий исследователь центра APC Microbiome Ireland при Университетском колледже Корка.

Каждая цифровая модель точно показывает, как конкретная бактерия живет и функционирует: как превращает питательные элементы в энергию и какие вещества при этом вырабатывает — те самые, что влияют на наш организм. Ученые также смоделировали 14 451 бактериальное сообщество на основе реальных образцов, которые собрали у людей разного возраста со всех континентов.

Микробиом — это живая система, где обитают бактерии, вирусы и тысячи других микроорганизмов. Они не просто существуют внутри нас, а постоянно влияют на здоровье: защищают от болезней, помогают переваривать пищу и даже определяют наше настроение. Ученые уже давно заметили связь между состоянием микробиома и многими хроническими заболеваниями. Теперь APOLLO поможет точно определить, какие вещества производят наши маленькие соседи — и опасные для нервной системы токсины, 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, есть гипотеза, что если состав кишечной микрофлоры нарушен, повышается риск развития болезни Паркинсона. Теперь с помощью APOLLO исследователи детальнее изучат эти тонкие связи и, возможно, создадут новые инструменты диагностики

Цифровые технологии в корне 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 данными и быстрее находить ответы 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 им удалось выявить специфические метаболические маркеры, характерные для диагноза. На основе этих сведений можно будет разработать новые способы выявления и мониторинга первых симптомов. Можно будет 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 не ограничиваются только кишечником — они живут 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. Ведь у этих сообществ обнаружены уникальные бактериальные профили, которые могут объяснить их устойчивость к определенным заболеваниям.