Компьютер подберет индивидуальное лечение на основе микрофлоры больного

Тот факт, что каждый человек развивается индивидуально в соответствии с тем, какие гены ему передались от родителей, не вызывает сомнений. Однако кроме генетического кода, который определяет, как будет выглядеть индивид и к каким болезням иметь предрасположенность, у каждого человека есть еще и метагенетический. Метагеном — это «сборник» ДНК микроорганизмов, которые локализованы в одной среде, в данном случае — в человеке. В этом «сборнике» часто можно «прочитать», чем болеет или может заболеть его носитель. Команда ученых из нескольких вузов разработала компьютерную программу с функционалом чтения метагенома и подбором на основе полученных данных индивидуальной терапии.

В работе участвовали специалисты из Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО), Федерального научно-клинического центра (ФНКЦ) физико-химической медицины и Московского физико-технического института (МФТИ). Программа в качестве основного алгоритма использует инструмент MetaFast, который предназначен для расшифровки и анализа метагеномов. С помощью него можно быстро и качественно исследовать даже такие организмы, о микрофлоре которых информация полностью отсутствует. Заведующий лабораторией сложных биологических систем МФТИ Дмитрий Алексеев пояснил: «Разработанный подход позволяет сделать сразу две вещи: найти все возможные генетические последовательности, даже если о них не было известно до этого (программа собирает их из кусочков геномных прочтений), и одновременно выделить метагеномные закономерности, которые отличают одних пациентов от других. Наш подход позволяет работать с абсолютно неизвестным материалом и получать результаты. Программа испытывалась на самых различных средах, в том числе на средах с большим количеством вирусов. Даже единичные ДНК программа находит и собирает».

Таким образом, изучая закономерности метагенома, можно подобрать для больного лечение, которое подойдет именно в его ситуации. Если провести сравнение микрофлор пациента и здорового человека с использованием MetaFast, можно будет найти конкретные микроорганизмы или их штаммы, отвечающие за болезнь, после чего на основе полученной информации создать оптимальную схему лечения. Возглавляющий команду разработчиков программы Владимир Ульянцев, сотрудник Международной лаборатории «Компьютерные технологии» Университета ИТМО, дополнил: «Оперируя результатами работы программы, биологи могут сделать выводы о том, в каком направлении двигаться, поскольку алгоритм позволяет исследовать среды, о которых мы еще ничего не знаем».

Создатели считают, что их алгоритм поможет, прежде всего, в обнаружении новых биомаркеров, указывающих на наличие какой-либо болезни, а также значительно ускорит разработку новых лекарственных средств. Научный редактор журнала «Популярная механика» назвал сам факт создания MetaFast первым шагом к персонализированной медицине, добавив, что это может быть «новым скачком в здоровье и продолжительности жизни населения», сравнимым с тем, который был спровоцирован распространением доказательной медицины и иммунизацией.

Тот факт, что каждый человек развивается индивидуально в соответствии с тем, какие гены ему передались от родителей, не вызывает сомнений. Однако кроме генетического кода, который определяет, как будет выглядеть индивид и к каким болезням иметь предрасположенность, у каждого человека есть еще и метагенетический. Метагеном — это «сборник» ДНК микроорганизмов, которые локализованы в одной среде, в данном случае — в человеке. В этом «сборнике» часто можно «прочитать», чем болеет или может заболеть его носитель. Команда ученых из нескольких вузов разработала компьютерную программу с функционалом чтения метагенома и подбором на основе полученных данных индивидуальной терапии.

В работе участвовали специалисты из Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО), Федерального научно-клинического центра (ФНКЦ) физико-химической медицины и Московского физико-технического института (МФТИ). Программа в качестве основного алгоритма использует инструмент MetaFast, который предназначен для расшифровки и анализа метагеномов. С помощью него можно быстро и качественно исследовать даже такие организмы, о микрофлоре которых информация полностью отсутствует. Заведующий лабораторией сложных биологических систем МФТИ Дмитрий Алексеев пояснил: «Разработанный подход позволяет сделать сразу две вещи: найти все возможные генетические последовательности, даже если о них не было известно до этого (программа собирает их из кусочков геномных прочтений), и одновременно выделить метагеномные закономерности, которые отличают одних пациентов от других. Наш подход позволяет работать с абсолютно неизвестным материалом и получать результаты. Программа испытывалась на самых различных средах, в том числе на средах с большим количеством вирусов. Даже единичные ДНК программа находит и собирает».

Таким образом, изучая закономерности метагенома, можно подобрать для больного лечение, которое подойдет именно в его ситуации. Если провести сравнение микрофлор пациента и здорового человека с использованием MetaFast, можно будет найти конкретные микроорганизмы или их штаммы, отвечающие за болезнь, после чего на основе полученной информации создать оптимальную схему лечения. Возглавляющий команду разработчиков программы Владимир Ульянцев, сотрудник Международной лаборатории «Компьютерные технологии» Университета ИТМО, дополнил: «Оперируя результатами работы программы, биологи могут сделать выводы о том, в каком направлении двигаться, поскольку алгоритм позволяет исследовать среды, о которых мы еще ничего не знаем».

Создатели считают, что их алгоритм поможет, прежде всего, в обнаружении новых биомаркеров, указывающих на наличие какой-либо болезни, а также значительно ускорит разработку новых лекарственных средств. Научный редактор журнала «Популярная механика» назвал сам факт создания MetaFast первым шагом к персонализированной медицине, добавив, что это может быть «новым скачком в здоровье и продолжительности жизни населения», сравнимым с тем, который был спровоцирован распространением доказательной медицины и иммунизацией.