Egy forradalmi AI-alapú megközelítés révén sikerült végre feltárni a Crohn-betegség 25 éve rejtve maradt titkait.

Ezek az eredmények kulcsfontosságú szerepet játszhatnak a Crohn-betegség kezelésének új, célzott stratégiáinak kidolgozásában.

Az emberi emésztőrendszer két fő típusú makrofágra támaszkodik, amelyek egy speciális fehérvérsejt-típus, amely segít megőrizni a bél egészségét. Az egyik csoport, az úgynevezett gyulladásos makrofágok, a káros mikrobák leküzdésével védi a szervezetet.

A másik csoport, amelyet nem gyulladásos makrofágokként ismerünk, kulcsszerepet játszik a sérült szövetek regenerációjában és helyreállításában. Amikor ez az egyensúly megbomlik, mint ahogy azt a Crohn-betegség – egy gyulladásos bélbetegség – esetében tapasztalhatjuk, a következmény tartós gyulladás lehet a bélrendszerben. Ez a gyulladás nemcsak fájdalommal jár, hanem szövetkárosodáshoz és számos egyéb kellemetlen tünethez is vezethet.

A Kaliforniai Egyetem San Diego-i Orvostudományi Karának kutatói egy forradalmi megközelítést dolgoztak ki, amely ötvözi a mesterséges intelligencia (AI) és a fejlett molekuláris biológia eszközeit. Ennek a módszernek a célja, hogy feltérképezze, mi határozza meg a makrofágok viselkedését, vagyis azt, hogy ezek a sejtek harcosként vagy gyógyítóként lépnek fel.

A kutatásuk új perspektívákat kínál egy régóta foglalkoztatott kérdésre, amely a NOD2 génhez kapcsolódik. Ez a gén, amelyet 2001-ben fedeztek fel, volt az első, amelyet a Crohn-betegség kockázatának növelésével hoztak összefüggésbe. A NOD2 kulcsszerepet játszik az immunsejtek bélbeli működésének szabályozásában, így jelentős hatással van a bélflóra egészségére és a gyulladásos folyamatokra.

Egy hatékony gépi tanulási eszköz segítségével a kutatók több ezer makrofág génkifejeződési mintát elemeztek IBD-ben érintett vastagbélszövetből és egészséges vastagbélszövetből. Meghatároztak egy 53 génből álló makrofág génszekvenciát, amely megbízhatóan megkülönbözteti a reaktív, gyulladásos makrofágokat a szövetgyógyító makrofágoktól.

Ezek a 53 gén közül az egyik a girdin nevű fehérjét kódolja. További kutatások során kiderült, hogy a nem gyulladásos makrofágokban a NOD2 fehérje egy specifikus szakasza kötődik a girdinhez. Ez a kölcsönhatás segít megakadályozni a túlzott gyulladást, eltávolítja a káros mikroorganizmusokat, és elősegíti az IBD (gyulladásos bélbetegség) által sérült szövetek regenerálódását. A Crohn-betegség esetében azonban a NOD2 gén leggyakoribb mutációja megszünteti azt a génszakaszt, amelyhez a girdin normál körülmények között kapcsolódna. Ez a változás veszélyes egyensúlyhiányt okoz a gyulladásos és a nem gyulladásos makrofágok között.

„A NOD2 kulcsszerepet játszik a szervezet fertőzésekkel szembeni védelmi mechanizmusában” – nyilatkozta Pradipta Ghosh, M.D., a UC San Diego Orvostudományi Karának professzora, aki sejt- és molekuláris orvostudományban jártas. „Amikor a girdinhez kapcsolódik, képes azonnal azonosítani a behatoló kórokozókat és hatékonyan semlegesíteni azokat, ezáltal biztosítva a bél immunrendszerének stabilitását. E partnerség nélkül a NOD2 figyelő rendszere működésképtelenné válik.”

A kutatók ezután megerősítették a NOD2 és a girdin közötti kölcsönhatás fontosságát azáltal, hogy összehasonlították a girdin fehérje hiányában szenvedő Crohn-beteg egérmodellek vizsgálati eredményeit az ép egerekkel, amelyekben megvan a girdin fehérje. Megállapították, hogy a girdin fehérje hiányában szenvedő egereknél a bél mikrobiomja egyensúlyhiányba került, és a vékonybél gyulladása alakult ki. Gyakran szepszisben haltak meg, amely egy olyan állapot, amikor az immunrendszer túlzottan reagál egy fertőzésre, ami gyulladást okoz az egész testben és károsítja a létfontosságú szerveket.

"A bél olyan, mint egy harctér, ahol a makrofágok a békefenntartók szerepét töltik be" – nyilatkozta Gajanan D. Katkar, Ph.D., a UC San Diego School of Medicine tudományos munkatársa és a kutatás társszerzője. "Az mesterséges intelligencia révén most először sikerült pontosan azonosítani és követni a két, egymással szemben álló csapat tagjait."

Az AI-alapú osztályozás, a mechanisztikus biokémia és az egérmodellek innovatív ötvözésével a kutatás új fényt derít a Crohn-betegség régóta fennálló vitáira. Az eredmények nem csupán feltárják, miként váltja ki egy kulcsfontosságú genetikai mutáció a betegséget, hanem hozzájárulhatnak a girdin és a NOD2 közötti kapcsolat helyreállítását célzó új terápiák kidolgozásához is.