Университет Суррея разработал модель машинного обучения для прогнозирования потенциала химических соединений по увеличению продолжительности жизни.

Химики София Капсиани и Брендан Дж. Хаулин из Суррея недавно опубликовали новое исследование, опубликованное в журнале Nature’s Scientific Reports ¹

Исследователи объясняют, как они разработали новаторскую модель машинного обучения на основе информации из базы данных DrugBank, которая позволяет прогнозировать, обладает ли соединение способностями продления жизни.

Были построены пять прогнозных моделей с использованием алгоритма случайного леса с молекулярными отпечатками пальцев и / или молекулярными дескрипторами в качестве функций, направленных на продление продолжительности жизни нематоды Caenorhabditis elegans.

C. elegans - это небольшой почвенный червь длиной до 1,2 мм на взрослой стадии. Он широко распространен во всех частях земного шара, питаясь бактериями. Жизненный цикл составляет около 3 дней в оптимальных условиях, и он способен производить большое количество генетически идентичных яиц, поскольку половой морфизм преимущественно гермафродитный.

Червь широко используется в биотехнологических сравнительных моделях, а именно в исследованиях патогенности бактерий, из-за высокого сходства факторов вирулентности, необходимых для патогенеза нематод и человека.

Следовательно, размышляя о том, что нематода также разделяет метаболизм, аналогичный человеческому, и имеет короткую продолжительность жизни, она стала идеальным теоретическим аналогом биохимического исследования Суррея о расширении человеческой жизни.

Модель машинного обучения искусственного интеллекта для расширения жизни

Во-первых, нам нужно понять, как машинное обучение является отраслью научной области, известной как искусственный интеллект (ИИ).

ИИ - это широкая наука о тренировке машин для выполнения человеческих задач или имитации человеческих способностей. Машинное обучение - это особая разновидность ИИ, которая автоматизирует построение аналитических моделей. Он проистекает из концепции, согласно которой системы могут независимо учиться на данных по выявлению закономерностей и принятию решений.

Выяснив влияние химических соединений, химики из Суррея применили наиболее эффективную модель к базе данных скрининга, состоящей из 1738 малых молекул из DrugBank.

ИИ смог выделить три соединения, которые с вероятностью +80% увеличивают продолжительность жизни C. elegans:

№1. Флавоноиды

Биоактивные соединения с антиоксидантными и противовоспалительными свойствами, которые в больших количествах содержатся в некоторых продуктах, таких как черный чай, апельсиновый сок, клубника, красное вино и темный шоколад.

№2. Жирные кислоты

Простые органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Жирные кислоты могут быть насыщенными (содержащими только одинарные связи C-C) или ненасыщенными (содержащими множественные связи между атомами углерода). Примерами насыщенных жирных кислот являются пальмитиновая кислота, стеариновая кислота. Примеры ненасыщенных включают олеиновую кислоту и линолевую кислоту.

№3. Органооксигены

Любое органическое соединение, содержащее углерод-кислородные связи, например спирты и полиолы.

Глобальные прорывы в моделях, расширяющих жизнь

Новаторские исследования химиков Суррея основаны на результатах предыдущих экспериментов, которые помогли проложить путь к более осознанному восприятию факторов старения у людей и того, как их замедлить, улучшив общее состояние здоровья.

Изучение червей для улучшения здоровья человека

В 2007 году группа ученых из Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI) во главе с Линдой Б. Бак обнаружила, как миансерин, препарат, используемый для лечения депрессии, может продлить продолжительность жизни взрослых круглых червей, имитируя эффекты ограничения калорийности.

Научные исследования показали, что снижение потребления энергии замедляет эффекты старения у различных животных, от червей и мух до млекопитающих. Проще говоря, ограничение калорий означает сокращение количества потребляемых калорий, не вызывая какого-либо уровня недоедания или недоедания.

Снижение потребления калорий не только увеличивает продолжительность жизни за счет уменьшения сердечных и неврологических проблем, но также предотвращает или задерживает начало возрастных заболеваний, таких как рак или диабет 2 типа.

Однако учтите, что это лабораторные исследования по контролируемым сценариям. Следовательно, было бы лучше, если бы вы не переходили на ограничительную диету без медицинского наблюдения. Тем не менее, есть доказанные преимущества, если вы включите в свой рацион овощи и фрукты вместо повторяющихся чизбургеров и картофеля фри.

Генное картирование нематод на основе ИИ

Исследователи из Университета Кумамото также разработали автоматизированную систему измерения для оценки продолжительности здоровой жизни с использованием нематод. Для этого эксперимента система AI провела анализ мини-популяции, чтобы классифицировать определенные популяции нематод на основе качественных различий в продолжительности жизни.

Опять же, аналогичные механизмы, присущие людям и нематодам, могут облегчить разработку лекарств и поиск продуктов, которые продлят здоровую продолжительность жизни последних.

Альтернативные способы поиска антивозрастных соединений

Ученые из Каролинского института в Швеции разработали новый метод определения соединений, предотвращающих старение. Метод основан на новом способе определения возраста культивируемых клеток человека.

Исследование было направлено на увеличение продолжительности жизни и улучшение здоровья модельного организма C. elegans. Исследователи использовали современный метод под названием транскриптом для интерпретации клеточной информации.

Транскриптом представляет собой информацию обо всех РНК, присутствующих в конкретной клетке или ткани в данный момент времени. Недавно было показано, что транскриптом человеческой клетки можно использовать для прогнозирования возраста человека, от которого произошла клетка. ⁴

Исследования в этой конкретной области помогают прогнозировать или идентифицировать группы веществ, способных омолаживать клетки человека. Наиболее интересные открытия относятся к таким веществам, как Танеспимицин и Монорден. Последнее, помимо увеличения продолжительности жизни, также помогло улучшить общее состояние нематод.

Последние мысли

Исследователи из Суррея пришли к выводу, что современная медицина получит широкую пользу от применения функций на основе ИИ, таких как машинное обучение, для выявления соединений с антивозрастными свойствами.

Проведение скрининга искусственного интеллекта на лекарства с потенциальными антивозрастными свойствами или другими полезными для здоровья факторами масштабирует процесс выявления активных соединений и открывает путь к фармацевтическому вмешательству.

Более того, даже если это исследование не на людях, мы можем экстраполировать, что вышеупомянутые соединения включают метаболиты, полезные для здоровья человека. В частности, предполагается, что флавоноиды и пренол-липиды могут иметь широкий спектр медицинских применений.

Использованная литература:

  1. Капсиани, С., Хаулин, Б.Дж. Случайная классификация лесов для прогнозирования химических соединений, увеличивающих продолжительность жизни. Sci Rep 11, 13812 (2021). Https://doi.org/10.1038/s41598-021-93070-6
  2. Петрашек, М., Йе, X. и Бак, Л. Антидепрессант, продлевающий продолжительность жизни у взрослых Caenorhabditis elegans. Природа 450, 553–556 (2007). Https://doi.org/10.1038/nature05991
  3. Университет Кумамото. «Анализ продолжительности здоровой жизни с использованием нематод: новая технология позволяет искать гены и вещества, которые могут продлить продолжительность здоровой жизни». ScienceDaily. ScienceDaily (2021 г.).
  4. Жорж Э. Янссенс, Синь-Сюань Линь, Луис Миллан-Ариньо, Алан Кавшек, Ильке Сен, Рене И. Сейнстра, Николас Страуструп, Эллен А.А. Ноллен, Кристиан Г. Ридель. Скрининг на основе транскриптомики определяет фармакологическое ингибирование Hsp90 как средство замедления старения. Отчеты по ячейкам; 27 (2): 467 (2019).
    https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.03.044