Искусственный интеллект поможет объяснить высокий риск поражений сердечно-сосудистой и нервной систем у людей с диабетом
28.12.2021
Российские ученые предложили
новый подход, который поможет выяснить молекулярные пути развития осложнений
при сахарном диабете. С помощью технологии интеллектуального анализа текстов и
математического моделирования авторы воссоздали сложную сеть взаимодействия
между основными генами, участвующими в развитии этого заболевания и связанных с
ним недугов. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ)
и опубликовано в International Journal of
Molecular Sciences.
Скачки уровня глюкозы (высокая вариабельность
гликемии) признаны фактором риска сосудистых и неврологических осложнений
сахарного диабета. Когда концентрация сахара в крови на длительное время повышается
(гипергликемия), запускаются различные разрушительные процессы: окислительный
стресс, воспаление, патологическое образование новых сосудов и повреждение
имеющихся и многие другие. Прием препаратов помогает нормализовать содержание
глюкозы, но, если человек введет их неправильно или забудет поесть, или
физически перенапряжется, или уже есть иные нарушения метаболизма и опухоли, может
возникнуть гипогликемия, то есть уровень сахара снизится. При этом ткани
начинают голодать, и чем дольше организм пребывает в таком состоянии, тем
больше негативных эффектов проявляется. Прежде всего страдает головной мозг,
требующий очень много энергии. У здорового человека до серьезных последствий не
доходит: активируются защитные механизмы — печень запускает процессы гликолиза,
тем самым высвобождая глюкозу, а поджелудочная железа снижает выработку
удаляющего ее инсулина. У людей с диабетом эти механизмы не срабатывают чаще
всего из-за того, что снижающие содержание сахара лекарства продолжают действовать.
В результате получаются качели: ткани то страдают от переизбытка сахара, то
голодают. Хотя общие принципы избыточной вариабельности глюкозы и гипогликемии
известны, до конца не изучены молекулярные механизмы из воздействия на разные
органы человека.
«В этой работе мы воссоздали систему
генов, продукты которых участвуют в процессах, связанных с избыточной
вариабельностью гликемии, гипогликемией, сосудистыми и неврологическими
осложнениями сахарного диабета. В этом нам помогла программа ANDSystem — инструмент,
разработанный в Институте цитологии и генетики СО РАН. Он проанализировал тексты
научных статей, посвященных изучению молекулярных путей развития диабета и
связанных с ним недугов и осложнений», — рассказывает руководитель проекта
по гранту РНФ Вадим Климонтов, доктор медицинских наук, профессор РАН.
Ученые из Научно-исследовательского института клинической и
экспериментальной лимфологии — филиала Института цитологии и генетики СО РАН
(Новосибирск) сочетали биоинформационный анализ и искусственный интеллект,
чтобы объяснить, на какие метаболические пути влияют изменения гликемии, и как
это может спровоцировать развитие тяжелых заболеваний. Сначала ANDSystem анализировала
тексты статей и распознавала названия биологических объектов — генов,
участвующих в целевых процессах. Далее она выявляла связи между ними, и на
основании этого можно предположить механизмы появления осложнений при диабете.
В результате были реконструированы и проанализированы генные сети вариабельности
гликемии, гипогликемии, сосудистых осложнений диабета и болезни Альцгеймера,
каждая из которых содержала сотни генов и тысячи взаимодействий между ними.
Анализ выявил
молекулярные изменения и обменные процессы, которые в условиях резких колебаний
уровня глюкозы или гипогликемии способны вызвать нарушения функции клеток
сосудов, почек, сердца и нервной системы.
«В результате наша гипотеза
подтвердилась — влияя на активность многих генов и интенсивность
физиологических процессов, высокая вариабельность уровня глюкозы, а также гипогликемия
могут играть важную роль в развитии сосудистых заболеваний, связанных с
диабетом, а также когнитивной дисфункции. В будущем полученные нами данные
помогут найти ключевые молекулы, отвечающие за поражения органов при диабете, и
определить новые мишени для терапии», — отметил Вадим Климонтов.