Interviu Prof.
La Facultatea de Științe Agricole și Nutriționale din Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), profesorul Silvio Waschina și-a preluat catedra de informatică nutrițională în semestrul de iarnă 2019. ERNÄHRUNGS UMSCHAU Online a vorbit cu prof. Waschina despre acest nou domeniu de cercetare.
Profesor Waschina, ce vrei să spui prin nutriinformatică?
Prof. Dr. Silvio Waschina: În nutriinformatică, metodele matematice și informatice sunt utilizate pentru a răspunde la întrebări complexe de cercetare în științele nutriționale. Pe de o parte, implică colectarea și analiza datelor la scară largă din studii nutriționale. Pe de altă parte, sarcina nutriinformaticii pe baza datelor și a cunoștințelor anterioare este de a dezvolta modele care sunt capabile să facă predicții despre reacția organismului la o anumită dietă.
Cât de relevantă este nutriinformatica pentru cercetare?
Washina: Științele nutriționale au devenit din ce în ce mai bogate în date în ultimii ani. Mai presus de toate, la nivel molecular, dezvoltarea rapidă a tehnologiilor chimice-analitice și genetice ne permite să mapăm interacțiunile umane cu mediul prin nutriție din ce în ce mai precis. Aceasta include i.a. compoziția moleculară a alimentelor și procesele metabolice din organismul uman pe care le influențează, precum și cele ale microorganismelor din tractul digestiv. Provocarea constă în evaluarea seturilor de date de înaltă dimensiune și diverse pentru a le utiliza pentru a descoperi și a înțelege noi mecanisme moleculare pentru interacțiunea dintre alimente, microorganisme și oameni.
Ce module le oferiți studenților Christian-Albrechts-Universität zu Kiel?
Washina: Începând cu semestrul de vară care urmează, voi oferi un seminar despre simulări pe computer ale proceselor metabolice complexe. Aici elevii vor învăța ce posibilități există pentru a „simula” practic procese biochimice într-un sistem relevant pentru nutriție. În exercițiu, elevii vor crea în mod independent modele și vor efectua simulări pe computer - de ex. B. procesele metabolice microbiene în producția de kimchi și iaurt sau modul în care anumite fibre sunt metabolizate de microorganisme în intestin. În plus, un alt modul este planificat pentru a învăța cum să utilizeze baze de date online accesibile publicului și software bioinformatic.
Cercetările sale se referă, printre altele, la microbiomul uman.
Cât de exact și de ce investigați relația cu nutriția?
Washina: Microbiomul tractului digestiv uman este format din 500-1000 de tipuri diferite de bacterii. Împreună au o serie de abilități biochimice (enzime) care le depășesc cu mult pe cele ale oamenilor. O ipoteză care rezultă din aceasta este că multe interacțiuni pe care oamenii le intră cu mediul prin alimente nu au loc direct prin ingestia componentelor alimentare, ci indirect prin produsele metabolice ale microorganismelor.
În grupul meu de cercetare creăm, printre altele, modele de rețea specifice pacienților pe baza probelor de scaun din care ADN bacterian este izolat și secvențiat. Cu aceste modele este posibil să se facă predicții cu privire la ce molecule sunt schimbate între oameni și microbiom, ce componente alimentare sunt metabolizate de microbiom și care microorganisme interacționează între ele. Devine și mai interesant atunci când folosim modelele pentru a prezice modul în care ecosistemul intestinal și interacțiunile sale cu oamenii pot fi influențate de intervenții vizate, de ex. B. prin ajustarea dietei sau utilizarea preparatelor pre și probiotice.
Abordarea lor se bazează pe analiza unor seturi mari de date. În legătură cu subiectul caracatițelor de date precum google, Facebook & Co., termenul „big data” înseamnă și colectarea de date extinse de la multe milioane de oameni. Cum abordează cercetarea dvs. concluziile din cantitatea enormă de date despre individ, adică în termeni de nutriție personalizată?
Washina: Pe de o parte, este crucial ca întrebarea de cercetare specifică să fie formulată în termeni concreți înainte de colectarea datelor. Acest lucru asigură înregistrarea numai a datelor care sunt relevante și pentru întrebare. Cercetarea mea nu se referă la colectarea de date, ci la dezvoltarea teoriilor bazate pe date privind interacțiunea dintre organism și mediul nutrițional. Examin și datele colectate într-un context biologic al sistemelor. Adică din diferitele seturi de date, de ex. B. date despre microbiomi, date nutriționale și date metabolomice, sunt create rețele care reflectă interacțiunile dintre componentele alimentelor, microorganismele și procesele biochimice la om. Structura rețelelor poate diferi între diferiți indivizi, în funcție de valorile măsurate pentru componentele individuale ale rețelei. Modelele computerizate bazate pe aceste rețele permit astfel predicții personalizate despre influența nutriției asupra organismului respectiv.
Analiza unor cantități mari de date necesită algoritmi puternici. Terapia nutrițională a viitorului va fi determinată de metode de înaltă tehnologie, cum ar fi metabolomica și va fi posibilă numai cu computere performante, cu o importanță similară cu cea a medicinei de laborator în diagnosticul și terapia medicală?
Washina: Diagnosticul asistat de computer joacă un rol din ce în ce mai important în medicină. După cum am spus, sunt colectate seturi de date din ce în ce mai complexe în legătură cu nutriția și diferite boli. În acest moment, acest lucru se face în principal în scopuri de cercetare, dar odată cu transferul rezultatelor în practica clinică, diagnosticul și terapia asistate de computer vor câștiga, de asemenea, importanță în medicina nutrițională.
La ce studii lucrați în prezent și la ce este planificat pentru viitor?
Washina: Un accent de cercetare este influența interacțiunilor dintre microbiomul uman și nutriție asupra riscului de boli inflamatorii. În acest scop, cooperez cu grupuri de cercetare clinică din Kiel privind bolile inflamatorii cronice ale intestinului, cum ar fi colita ulcerativă și boala Crohn. Într-un alt proiect și în colaborare cu Spitalul Universitar din Lübeck, investigăm influența dietei și administrarea probioticelor asupra riscului de sepsis la copiii prematuri. În viitor, așa-numitele date metabolom nețelucrate vor reveni din ce în ce mai mult în dezvoltarea modelelor de prognoză, deoarece această tehnologie poate fi utilizată pentru a caracteriza foarte precis procesele metabolice dependente de alimente din organism.
Ce sperați din rezultatele cercetării dvs.?
Scopul general este de a utiliza biologia sistemelor și metodele bazate pe date de nutriinformatică pentru a descoperi noi mecanisme moleculare și pentru a înțelege modul în care nutriția influențează organismul. Cunoștințele acumulate vor fi utilizate în primul rând în medicina nutrițională. În legătură cu proiectul de medicină infantilă prematură, urmărim obiectivul de a optimiza nutriția și tratamentul profilactic cu probiotice într-o manieră țintită și personalizată, pentru a reduce riscul de septicemie la copii.
Profesor Waschina, vă mulțumesc foarte mult pentru această perspectivă asupra domeniului dvs. de cercetare!
Interviul a fost realizat de Laura Merten.
Persoanei
Waschina a studiat bioinformatica la Jena, unde și-a luat doctoratul. În teza sa de doctorat, el a investigat modul în care bacteriile Escherichia coli organizează diviziunea muncii la nivel metabolic și formează cooperări, așa-numitele simbioze, pentru aceasta. A venit la Kiel în 2016, unde a lucrat la Institutul de Medicină Experimentală de la Centrul Medical Universitar Schleswig-Holstein (UKSH). Acolo a început analiza microbiomului.
Un viitor domeniu de cercetare al Waschina este microbiomul copiilor prematuri. În semestrul de iarnă 2019/2020, a preluat catedra de nutriinformatică la Facultatea de Agricultură și Nutriție de la Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).
(Sursa: Christian Alberts University of Kiel)