Rozhovor Prof.
Na Fakulte poľnohospodárskej a nutričnej vedy Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) nastúpil profesor Silvio Waschina v zimnom semestri 2019 na profesorský titul v odbore nutričná informatika. ERNÄHRUNGS UMSCHAU Online hovoril s prof. Waschinou o tejto novej oblasti výskumu.
Pán profesor Waschina, čo myslíte pod pojmom nutriinformatika?
Prof. Dr. Silvio Waschina: V nutriinformatike sa používajú matematické a informatické metódy na zodpovedanie zložitých výskumných otázok v oblasti výživy. Na jednej strane to zahŕňa zber a analýzu rozsiahlych údajov z nutričných štúdií. Na druhej strane je úlohou nutriinformatiky na základe údajov a predchádzajúcich znalostí vyvinúť modely, ktoré sú schopné predpovedať reakciu organizmu na určitú stravu.
Aká relevantná je nutriinformatika pre výskum?
Washina: Veda o výžive je v posledných rokoch čoraz bohatšia na údaje. Rýchly rozvoj chemicko-analytických a genetických technológií nám umožňuje predovšetkým na molekulárnej úrovni čoraz presnejšie mapovať interakcie človeka s prostredím prostredníctvom výživy. Patrí sem okrem iného molekulárne zloženie potravy a metabolické procesy v ľudskom organizme, ktoré ovplyvňuje, ako aj mikroorganizmy v zažívacom trakte. Úlohou je vyhodnotiť vysokodimenzionálne a rôzne súbory údajov, aby sa mohli použiť na objavenie a pochopenie nových molekulárnych mechanizmov pre interakciu medzi potravinami, mikroorganizmami a ľuďmi.
Ktoré moduly ponúkate študentom Christian-Albrechts-Universität zu Kiel?
Washina: Od nadchádzajúceho letného semestra ponúknem seminár o počítačových simuláciách zložitých metabolických procesov. Študenti sa tu dozvedia, aké sú možnosti virtuálnej „simulácie“ biochemických procesov v systéme dôležitom pre výživu. Na cvičení si študenti samostatne vytvoria modely a vykonajú simulácie na počítači - napr. B. mikrobiálne metabolické procesy pri výrobe kimchi a jogurtu alebo spôsob, akým sú určité vlákna metabolizované mikroorganizmami v čreve. Okrem toho sa plánuje ďalší modul, ktorý sa naučí, ako používať verejne prístupné online databázy a bioinformatický softvér.
Jej výskum sa okrem iného zaoberá ľudským mikrobiómom.
Ako presne a prečo skúmate vzťah k výžive?
Washina: Mikrobióm ľudského zažívacieho traktu pozostáva z 500–1 000 rôznych druhov baktérií. Spoločne majú množstvo biochemických schopností (enzýmov), ktoré ďaleko prevyšujú schopnosti ľudí. Z toho vyplýva jedna hypotéza, že veľa interakcií, do ktorých človek vstupuje do životného prostredia prostredníctvom potravy, neprebieha priamo príjmom zložiek potravy, ale nepriamo metabolickými produktmi mikroorganizmov.
V mojej výskumnej skupine vytvárame sieťové modely špecifické pre pacientov, napríklad na základe vzoriek stolice, z ktorých je izolovaná a sekvenovaná bakteriálna DNA. Pomocou týchto modelov je možné predpovedať, ktoré molekuly sa vymieňajú medzi človekom a mikrobiómom, ktoré zložky potravy sa mikrobiómom metabolizujú a ktoré mikroorganizmy navzájom interagujú. O to vzrušujúcejšie to bude, keď pomocou modelov predpovedáme, ako môžu byť črevný ekosystém a jeho interakcie s ľuďmi ovplyvnené cielenými zásahmi, napr. B. úpravou stravy alebo použitím pre- a probiotických prípravkov.
Ich prístup je založený na analýze veľkých súborov údajov. V súvislosti s témou dátových chobotníc, ako sú google, Facebook & Co., znamená termín „big data“ aj zhromažďovanie rozsiahlych údajov od mnohých miliónov ľudí. Ako vychádza váš výskumný prístup z obrovského množstva údajov o jednotlivcovi, t. J. Z hľadiska osobnej výživy?
Washina: Na jednej strane je kľúčové, aby bola konkrétna výskumná otázka formulovaná konkrétnym spôsobom skôr, ako budú zhromaždené údaje. To zaisťuje, že sa zaznamenávajú iba údaje, ktoré sú tiež relevantné pre otázku. Môj výskum sa netýka zhromažďovania údajov, ale vývoja teórií založených na údajoch o interakcii medzi organizmom a nutričným prostredím. Tiež skúmam údaje zhromaždené v systémovom biologickom kontexte. Tj. z rôznych súborov údajov, napr. B. údaje o mikrobióme, údaje o výživovej hodnote a metabolomické údaje, vytvárajú sa siete, ktoré odrážajú interakcie medzi zložkami potravy, mikroorganizmami a biochemickými procesmi u ľudí. Štruktúra sietí sa môže medzi rôznymi jednotlivcami líšiť v závislosti od nameraných hodnôt pre jednotlivé komponenty siete. Počítačové modely založené na týchto sieťach tak umožňujú personalizované predpovede o vplyve výživy na príslušný organizmus.
Analýza veľkého množstva údajov si vyžaduje výkonné algoritmy. Bude nutričná terapia budúcnosti určená vysoko technologickými metódami, ako je metabolomika, a bude možná iba pomocou vysoko výkonných počítačov, ktoré majú podobný význam ako laboratórna medicína v lekárskej diagnostike a terapii?
Washina: Diagnostika pomocou počítača zohráva v medicíne čoraz dôležitejšiu úlohu. Ako som už povedal, čoraz viac komplexných súborov údajov sa zhromažďuje v súvislosti s výživou a rôznymi chorobami. V súčasnosti sa to robí hlavne na výskumné účely, ale s prenosom poznatkov do klinickej praxe získa vo výživovej medicíne na význame aj počítačová diagnostika a terapia.
Na ktorých štúdiách v súčasnosti pracujete a čo sa plánuje do budúcnosti?
Washina: Výskumným zameraním je vplyv interakcií medzi ľudským mikrobiómom a výživou na riziko zápalových ochorení. Za týmto účelom spolupracujem s klinickými výskumnými skupinami v Kieli o chronických zápalových ochoreniach čriev, ako sú ulcerózna kolitída a Crohnova choroba. V rámci iného projektu a v spolupráci s Fakultnou nemocnicou Lübeck skúmame vplyv stravovania a podávania probiotík na riziko sepsy u predčasne narodených detí. V budúcnosti budú takzvané necielené údaje o metabolome čoraz viac prúdiť do vývoja predpovedných modelov, pretože táto technológia môže byť použitá na veľmi presnú charakteristiku metabolických procesov závislých od potravy.
V čo dúfate vo svoje výsledky výskumu?
Všeobecným cieľom je využiť systémovú biológiu a dátové metódy nutriinformatiky na objavenie nových molekulárnych mechanizmov a na pochopenie toho, ako výživa ovplyvňuje organizmus. Získané poznatky sa primárne využijú v nutričnej medicíne. V súvislosti s projektom medicíny predčasne narodených detí sledujeme cieľ optimalizácie výživy a profylaktickej liečby probiotikami cieleným a personalizovaným spôsobom s cieľom znížiť riziko sepsy u detí.
Pán profesor Waschina, veľmi pekne vám ďakujem za tento pohľad na vašu oblasť výskumu!
Rozhovor viedla Laura Merten.
K človeku
Waschina vyštudoval bioinformatiku v Jene, kde získal aj doktorát. Vo svojej dizertačnej práci skúmal, ako baktérie Escherichia coli organizujú deľbu práce na metabolickej úrovni a vytvárajú za tým kooperácie, takzvané symbiózy. Do Kielu prišiel v roku 2016, kde pracoval na Inštitúte experimentálnej medicíny pri University Medical Center Schleswig-Holstein (UKSH). Práve tam začal svoju analýzu mikrobiómu.
Budúca oblasť výskumu Waschina je mikrobióm predčasne narodených detí. V zimnom semestri 2019/2020 nastúpil na profesorský titul v odbore nutriinformatika na Fakulte poľnohospodárstva a výživy na Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).
(Zdroj: Christian-Alberts-Universität zu Kiel)