비즈니스 기회
AI를 사용하여 '장-뇌 축'을 통한 알츠하이머 치료 개선
클리블랜드 클리닉(Cleveland Clinic) 연구진은 인공 지능을 사용하여 장내 마이크로바이옴과 알츠하이머병 사이의 연관성을 밝히고 있습니다.
이전 연구에 따르면 알츠하이머병 환자는 질병이 진행됨에 따라 장내 세균의 변화를 경험합니다. 새로 발표된 Cell Reports 연구는 박테리아 부산물인 대사 산물이 세포의 수용체와 어떻게 상호 작용하고 알츠하이머병에 기여하는지 결정하는 계산 방법을 설명합니다.
클리블랜드 클리닉 게놈 센터(Cleveland Clinic Genome Center)의 초대 소장인 Feixiong Cheng 박사는 Luo Ruvo 뇌 건강 센터(Luo Ruvo Center for Brain Health) 및 마이크로바이옴 및 인간 건강 센터(Center for Microbiome and Human Health, CMHH)와 긴밀히 협력했습니다. 이 연구는 대사 산물과 수용체가 서로 상호작용할 가능성과 한 쌍이 알츠하이머병에 영향을 미칠 가능성에 따라 순위를 매깁니다. 이 데이터는 현재까지 대사 산물 관련 질병을 연구하기 위한 가장 포괄적인 로드맵 중 하나를 제공합니다.
우리가 에너지로 섭취하는 음식을 분해할 때 미생물은 우리 시스템에 대사 산물을 방출합니다. 대사 산물은 세포와 상호 작용하고 세포에 영향을 미쳐 건강에 도움이 되거나 해로울 수 있는 세포 과정에 연료를 공급합니다. 알츠하이머병 외에도 연구자들은 대사 산물을 심장병, 불임, 암, 자가면역 질환 및 알레르기와 연관시켰습니다.
대사 산물과 세포 사이의 유해한 상호 작용을 방지하면 질병과 싸우는 데 도움이 될 수 있습니다. 연구원들은 대사 산물이 세포 표면의 수용체와 연결되는 것을 활성화하거나 차단하는 약물을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.
"장 대사 산물은 우리 몸에 있는 많은 생리적인 과정의 열쇠이고, 모든 열쇠를 위해 인간의 건강과 질병을 위한 자물쇠가 있습니다. 문제는 우리 시스템에 수만 개의 수용체와 수천 개의 대사 산물이 있기 때문에 어떤 열쇠가 어떤 자물쇠에 들어가는지 수동으로 파악하는 것이 느리고 비용이 많이 든다는 것입니다. 그래서 AI를 사용하기로 결정했습니다"라고 Dr. Cheng은 말했습니다.
쳉 박사 팀은 인체에서 잘 알려진 장내 대사 산물이 알츠하이머병이나 기타 복잡한 질병에 대한 효과적인 예방 또는 개입 접근법을 제공할 수 있는지 여부를 테스트했습니다.
연구팀은 머신러닝이라는 AI의 한 형태를 사용하여 109만 개 이상의 잠재적인 대사산물-수용체 쌍을 분석하고 각 상호 작용이 알츠하이머병에 기여할 가능성을 예측했습니다.
분석 결과는 다음과 같습니다.
- 인간 및 전임상 알츠하이머병 연구의 유전 및 단백질체 데이터
- 다양한 수용체(단백질 구조)와 대사 산물 모양
- 다양한 대사 산물이 환자 유래 뇌 세포에 미치는 영향
연구팀은 알츠하이머병 환자로부터 유래한 뇌세포에서 알츠하이머병에 영향을 미칠 가능성이 가장 높은 대사체-수용체 쌍을 조사했습니다.
그들이 집중한 한 분자는 염증 및 관련 손상으로부터 뇌 세포를 보호하는 것으로 생각되는 아그마틴(agmatine)이라는 보호 대사 산물이었습니다. 이 연구는 아그마틴이 알츠하이머병에서 CA3R이라는 수용체와 상호 작용할 가능성이 가장 높다는 것을 발견했습니다.
알츠하이머병에 걸린 뉴런을 아그마틴으로 치료하면 CA3R 수치가 직접적으로 감소하여 대사 산물과 수용체가 서로 영향을 미친다는 것을 알 수 있습니다. 아그마틴으로 처리한 뉴런은 또한 알츠하이머병의 표지자인 인산화된 타우 단백질의 수치가 낮았습니다.
쳉 박사는 이 실험이 그의 팀의 AI 알고리즘이 어떻게 알츠하이머병을 넘어 많은 질병에 대한 새로운 연구 길을 열 수 있는지 보여준다고 말합니다.
"우리는 특히 알츠하이머병에 초점을 맞췄지만, 대사 산물-수용체 상호 작용은 장내 미생물과 관련된 거의 모든 질병에서 중요한 역할을 합니다. 우리는 우리의 방법이 대사 산물 관련 질병과 인간 건강의 전체 분야를 발전시키는 틀을 제공할 수 있기를 희망합니다."
이제 쳉 박사와 그의 팀은 알츠하이머병 및 기타 복잡한 질병을 포함한 인간의 건강과 질병에 대한 유전적 요인과 환경적 요인(식품 및 장 대사 산물 포함) 간의 상호 작용을 연구하기 위해 이러한 AI 기술을 추가로 개발하고 적용하고 있습니다.
이상의 기사는 2024년 4월 22일 MedicalXpress에 게재된 “Using AI to improve Alzheimer's treatment through the 'gut-brain axis'”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : https://medicalxpress.com/news/2024-04-ai-alzheimer-treatment-gut-brain.html
* 추가정보 출처 : https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(24)00456-X?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS221112472400456X%3Fshowall%3Dtrue