Un nuevo método utiliza inteligencia artificial para mapear las bacterias intestinales utilizando heces



Los intestinos y sus bacterias a veces se denominan nuestro “segundo cerebro”, pero estudiar estas bacterias en su entorno natural es difícil. Ahora, investigadores de la Universidad de Copenhague han desarrollado un método que utiliza inteligencia artificial para mapear las bacterias intestinales utilizando heces.

De esta forma, los investigadores esperan conocer mejor el papel que juegan estas bacterias en diversas enfermedades.

Tanto los científicos anteriores como los actuales han sospechado que los intestinos desempeñan un papel en varias enfermedades. Los estudios actuales se centran en el papel de la flora intestinal en enfermedades físicas como la diabetes y el sobrepeso, mientras que otros buscan establecer una conexión entre la flora intestinal y, por ejemplo, el autismo, la esquizofrenia y la depresión.

Pero incluso los científicos de hoy en día tienen dificultades para estudiar las alrededor de 500-1000 especies diferentes entre las aprox. 100 mil millones de bacterias activas en nuestros intestinos.

Por lo tanto, investigadores de la Universidad de Copenhague han desarrollado una técnica innovadora que puede ayudarnos a desentrañar algunos de los misterios de las bacterias intestinales humanas.

Además de trabajar junto con el sistema inmunológico en una cooperación vital, el desequilibrio en la composición de las bacterias intestinales es la causa de una enfermedad crónica del tracto digestivo que sufren 50.000 daneses.

“En los últimos años hemos descubierto que las bacterias tienen un gran impacto en el organismo. Se están realizando muchas investigaciones en este campo, pero todavía no hemos identificado todas las bacterias que se encuentran en el cuerpo humano. El conocimiento de las bacterias es vital si queremos comprender lo que está sucediendo. Ahí es donde nuestra tecnología puede marcar la diferencia ”, dice el profesor asociado Simon Rasmussen, quien junto con su equipo de investigadores del Centro de Investigación de Proteínas de la Fundación Novo Nordisk es responsable del nuevo estudio, cuyos resultados se acaban de publicar en Biotecnología de la naturaleza.

La presencia de bacterias es vital para el sistema inmunológico, y esto es cierto sobre todo para las bacterias intestinales. Pero el problema es que es muy difícil estudiar las bacterias intestinales en su entorno natural, del que a menudo dependen profundamente para sobrevivir. Ahora, hemos desarrollado un método que utiliza inteligencia artificial para ayudarnos a identificar las bacterias que se encuentran dentro y fuera del cuerpo humano. Esto nos dará una idea de cómo funcionan juntos y qué sucede cuando nos enfermamos “.

Simon Rasmussen, Profesor asociado, Universidad de Copenhague

Las heces son clave para comprender

En lugar de estudiar las bacterias dentro de los intestinos, los investigadores han analizado el subproducto final de los intestinos: las heces.

Las heces contienen restos de bacterias que han ayudado a metabolizar los alimentos en el estómago y los intestinos y, por lo tanto, ofrecen una visión única de un entorno de otro modo inaccesible.

Hasta ahora, la tecnología solo ha permitido a los investigadores leer fragmentos del ADN de la bacteria, lo que equivale a hacer un rompecabezas con solo una fracción de las piezas.

Por lo tanto, Simon Rasmussen y su equipo de investigadores han desarrollado un algoritmo que utiliza inteligencia artificial para completar las cadenas de ADN de las bacterias en las heces. Y ahora investigadores de todo el mundo pueden ayudar a completar el rompecabezas.

“Un gramo de heces contiene alrededor de mil millones de bacterias de 500-1000 tipos diferentes. Si somos capaces de reconstruir su ADN, nos dará una idea de los tipos de bacterias con las que nos enfrentamos, de lo que son capaces y de lo que realmente hacen. No es la imagen completa, pero es un gran paso adelante. Y nuestro algoritmo está disponible para otros investigadores y es de uso gratuito ‘, dice.

Identifica patrones en diferentes tipos de datos.

Pero el método no se limita a las bacterias intestinales, explica Simon Rasmussen. La capacidad de la inteligencia artificial para analizar el contenido bacteriano de muestras muy pequeñas también se puede utilizar para estudiar otras sustancias además de las heces.

Por ejemplo, si desea saber cómo el suelo contaminado ha afectado a los microorganismos, puede utilizar el nuevo método para analizar una muestra de suelo del área en cuestión. Lo mismo se aplica a los lagos y cursos de agua ubicados cerca de una fábrica o similar. O, como señala Simon Rasmussen, si hay bacterias presentes, ahora se pueden identificar.

Pero el algoritmo no solo se puede utilizar para estudiar bacterias. También puede usarlo para analizar datos de salud, por ejemplo. Diga que está trabajando para aumentar nuestro conocimiento sobre enfermedades específicas. Para ayudarnos a hacerlo, podemos recopilar una cantidad de información sobre el grupo de pacientes, como el conocimiento de su genética, composición de proteínas, sustancias en la sangre y datos de registros electrónicos. Luego, nuestra inteligencia artificial puede analizar estos conjuntos de datos muy diferentes e identificar patrones y conexiones. Tiene un gran potencial ”, explica Simon Rasmussen.

Aparte del artículo sobre el algoritmo, el equipo tiene varios otros estudios en proceso que demuestran el uso de su tecnología.

Fuente:

Referencia de la revista:

Nissen, JN, et al. (2021) Se mejoró la agrupación y el ensamblaje de metagenomas mediante codificadores automáticos variacionales profundos. Biotecnología de la naturaleza. doi.org/10.1038/s41587-020-00777-4.

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