Цивилизация
Российские ученые разработали новый подход исследования молекулярных путей развития осложнений при сахарном диабете. Используя технологии искусственного интеллекта и математического моделирования, авторы воссоздали сложную сеть взаимодействий между генами, участвующими в развитии этого заболевания, а также сопутствующих осложнений. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.
Резкое изменение уровня глюкозы в крови при сахарном диабете повышает риск развития сосудистых и неврологических заболеваний. Когда возникает состояние гипергликемии, то есть концентрация сахара в крови повышается на протяжении длительного времени, в организме начинают происходить различные разрушительные процессы, такие как окислительный стресс, воспаление, патологическое образование новых сосудов и повреждение имеющихся. Прием специальных препаратов помогает сбалансировать содержание глюкозы, но, если человек вводит их неправильно, подвергается физическому перенапряжению или недоедает, может возникнуть противоположное состояние – гипогликемия, при котором уровень сахара в крови сильно снижен. В этом случае ткани начинают испытывать голодание.
Прежде всего страдает головной мозг, поскольку его работа требует большого количества энергии. У здоровых людей организм активирует защитные механизмы, предотвращающие нарушения: клетки печени начинают более активно высвобождать глюкозу в кровь, а поджелудочная железа снижает синтез гормона инсулина, который удаляет сахар из крови. У людей, больных диабетом и принимающих лекарства для снижения уровня глюкозы, эти механизмы не работают, при этом чаще всего из-за того, что лекарства продолжают действовать. В результате наблюдаются резкие перепады: ткани то страдают от переизбытка сахара, то голодают. При этом молекулярные механизмы воздействия таких перепадов на разные органы человека до конца не изучены.
«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.
Исследовательская группа из Научно-исследовательского института клинической и экспериментальной лимфологии — филиала Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск) предложили использовать искусственный интеллект, чтобы объяснить, на какие метаболические пути влияют гипо- и гипергликемия, а также какие заболевания они могут спровоцировать. Для этого ученые использовали систему ANDSystem, которая анализировала тексты научных статей и распознавала в них названия генов, участвующих в исследуемых процессах. Затем ANDSystem строила систему связей между обнаруженными генами. Это помогло реконструировать генные сети гипо- и гипергликемии и сердечно-сосудистых осложнений, вызванных диабетом, каждая из которых содержала сотни генов и тысячи взаимодействий между ними.
Проанализировав такие взаимодействия, ученые выявили молекулярные изменения и обменные процессы, которые при резких колебаниях уровня глюкозы или гипогликемии могут вызвать нарушения работы клеток почек, сердца, сосудов, а также 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.