Interjú Prof.
A Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) Mezőgazdasági és táplálkozástudományi karán Silvio Waschina professzor 2019 téli félévében kezdte meg táplálkozási informatikai professzorát. Az ERNÄHRUNGS UMSCHAU Online beszélt Waschina professzorral erről az új kutatási területről.
Waschina professzor, mit ért a tápinformatika alatt?
Prof. Dr. Silvio Waschina: A táplálkozástudományban matematikai és informatikai módszerekkel válaszolnak a táplálkozástudomány komplex kutatási kérdéseire. Egyrészt magában foglalja a táplálkozási vizsgálatok nagyszabású adatainak összegyűjtését és elemzését. Másrészt a tápinformatika feladata adatok és korábbi ismeretek alapján olyan modellek kidolgozása, amelyek képesek előrejelezni a szervezet reakcióját egy adott étrendre.
Mennyire releváns a tápinformatika a kutatás szempontjából?
Washina: A táplálkozástudományok az utóbbi években egyre gazdagabbak az adatokban. Mindenekelőtt molekuláris szinten a kémiai-analitikai és genetikai technológiák gyors fejlődése lehetővé teszi számunkra, hogy táplálkozás útján egyre pontosabban feltérképezzük az emberi interakciókat a környezettel. Ide tartozik többek között az élelmiszer molekuláris összetétele és az emberi organizmus metabolikus folyamatai, amelyekre hatással van, valamint az emésztőrendszerben található mikroorganizmusoké. A kihívás a nagydimenziós és különféle adatsorok értékelése annak érdekében, hogy azokat felhasználva felfedezzék és megértsék az élelmiszer, a mikroorganizmusok és az emberek közötti kölcsönhatás új molekuláris mechanizmusait.
Mely modulokat kínálja a Christian-Albrechts-Universität zu Kiel hallgatóinak?
Washina: A következő nyári félévtől szemináriumot kínálok a komplex anyagcsere folyamatok számítógépes szimulációiról. Itt a hallgatók megtudják, milyen lehetőségek vannak a biokémiai folyamatok virtuális "szimulálására" egy táplálkozás szempontjából releváns rendszerben. A gyakorlatban a hallgatók önállóan készítenek modelleket és szimulációkat hajtanak végre a számítógépen - pl. B. a kimchi és a joghurt előállításának mikrobiális anyagcsere-folyamatai, vagy hogy miként metabolizálnak bizonyos táplálékrostokat a bélben lévő mikroorganizmusok. Ezenkívül egy másik modult terveznek megismerni a nyilvánosan elérhető online adatbázisok és a bioinformatikai szoftverek használatáról.
Kutatása többek között az emberi mikrobiómával foglalkozik.
Hogyan és miért vizsgálja pontosan a táplálkozással való összefüggést?
Washina: Az emberi emésztőrendszer mikrobioma 500–1000 különböző típusú baktériumból áll. Együtt számos biokémiai képességgel (enzimmel) rendelkeznek, amelyek messze meghaladják az emberekét. Az egyik hipotézis ennek eredményeként az, hogy sok interakció, amelyet az ember táplálék útján vesz fel a környezettel, nem közvetlenül az élelmiszer-összetevők bevitelével, hanem közvetett módon a mikroorganizmusok metabolikus termékein keresztül történik.
Kutatócsoportomban páciensspecifikus hálózati modelleket hozunk létre, például székletminták alapján, amelyekből a bakteriális DNS-t izoláljuk és szekvenáljuk. Ezekkel a modellekkel meg lehet jósolni, hogy mely molekulák cserélődnek az ember és a mikrobiom között, mely élelmiszer-összetevőket metabolizálja a mikrobiom és mely mikroorganizmusok lépnek kölcsönhatásba egymással. Még izgalmasabbá válik, amikor a modellek segítségével megjósoljuk, hogy a bél ökoszisztémáját és az emberrel való kölcsönhatását hogyan befolyásolhatják célzott beavatkozások, pl. B. az étrend adaptálásával vagy pre- és probiotikus készítmények alkalmazásával.
Megközelítésük nagy adathalmazok elemzésén alapul. Az olyan adatpolipok témájával kapcsolatban, mint a google, a Facebook és a Co., a „big data” kifejezés kiterjedt adatok gyűjtését is jelenti sok millió embertől. Hogyan vonja le kutatási megközelítése az egyénre vonatkozó hatalmas adatok mennyiségét, vagyis a személyre szabott táplálkozás szempontjából?
Washina: Egyrészt elengedhetetlen, hogy a konkrét kutatási kérdést az adatok összegyűjtése előtt konkrétan fogalmazzák meg. Ez biztosítja, hogy csak olyan adatokat rögzítsenek, amelyek szintén relevánsak a kérdés szempontjából. Kutatásom nem az adatgyűjtésről szól, hanem a szervezet és a táplálkozási környezet kölcsönhatásáról szóló adatalapú elméletek kidolgozásáról. Rendszerbiológiai kontextusban vizsgálom az összegyűjtött adatokat is. Azaz. a különféle adathalmazokból, pl. B. mikrobiológiai adatok, táplálkozási adatok és metabolomikus adatok, hálózatok jönnek létre, amelyek tükrözik az élelmiszer összetevői, a mikroorganizmusok és az emberek biokémiai folyamatainak kölcsönhatásait. A hálózatok felépítése az egyes egyének között az egyes hálózati összetevők mért értékeitől függően eltérő lehet. Az ezen hálózatokon alapuló számítógépes modellek így személyre szabott előrejelzéseket tesznek lehetővé a táplálkozásnak az adott szervezetre gyakorolt hatásáról.
Nagy mennyiségű adat elemzéséhez erőteljes algoritmusokra van szükség. Vajon a jövő táplálkozási terápiáját olyan csúcstechnológiás módszerek határozzák meg, mint például a metabolomika, és csak nagy teljesítményű számítógépekkel lehetséges-e, hasonló fontossággal, mint az orvosi diagnosztikában és terápiában alkalmazott laboratóriumi orvoslásé?
Washina: A számítógéppel segített diagnosztika egyre fontosabb szerepet játszik az orvostudományban. Mint mondtam, egyre összetettebb adatállományokat gyűjtenek a táplálkozással és a különböző betegségekkel kapcsolatban. Jelenleg ez elsősorban kutatási célokra történik, de a megállapítások klinikai gyakorlatba történő átültetésével a számítógépes diagnosztika és a terápia a táplálkozási orvostudományban is fontossá válik.
Mely tanulmányokon dolgozik jelenleg és mit terveznek a jövőben?
Washina: A kutatási fókusz az emberi mikrobiom és a táplálkozás közötti kölcsönhatások hatása a gyulladásos betegségek kockázatára. Ebből a célból együttműködök Kiel klinikai kutatócsoportjaival krónikus gyulladásos bélbetegségek, például fekélyes vastagbélgyulladás és Crohn-betegség kapcsán. Egy másik projektben és a Lübecki Egyetemi Kórházzal együttműködve megvizsgáljuk a diéta és a probiotikumok alkalmazásának a koraszülött gyermekek szepszis kockázatára gyakorolt hatását. A jövőben az úgynevezett nem célzott metabolomadatok egyre inkább be fognak terjedni az előrejelzési modellek kifejlesztésébe, mert ez a technológia nagyon pontosan felhasználható a táplálékfüggő metabolikus folyamatok jellemzésére a szervezetben.
Mit remél a kutatási eredményeiből?
Általános cél a táplálékinformatika biológiai és adatalapú módszereinek felhasználása új molekuláris mechanizmusok felfedezésére és annak megértésére, hogy a táplálkozás miként befolyásolja a szervezetet. A megszerzett tudást elsősorban a táplálkozási orvoslásban fogják felhasználni. A koraszülött gyermekekkel kapcsolatos projekt kapcsán arra törekszünk, hogy célzottan és személyre szabottan optimalizáljuk a probiotikumokkal folytatott táplálkozást és a profilaktikus kezelést a gyermekek szepszisének kockázatának csökkentése érdekében.
Waschina professzor, nagyon köszönöm ezt a betekintést a kutatási területébe!
Az interjút Laura Merten készítette.
Személynek
Waschina bioinformatikát tanult Jénában, ahol doktorált is. Doktori disszertációjában azt vizsgálta, hogy az Escherichia coli baktériumok hogyan szervezik meg a munkamegosztást anyagcsere szinten, és ehhez miként alakítanak ki kooperációkat, úgynevezett szimbiózisokat. 2016-ban érkezett Kielbe, ahol a Schleswig-Holsteini Egyetemi Orvosi Központ (UKSH) Kísérleti Orvostudományi Intézetében dolgozott. Ott kezdte a mikrobiom elemzését.
A Waschina jövőbeli kutatási területe a koraszülöttek mikrobioma. A 2019/2020-as téli félévben a Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) Mezőgazdasági és Táplálkozástudományi Karán kezdte meg a tápinformatika professzorát.
(Forrás: Christian-Alberts-Universität zu Kiel)