Интервю Проф.
В Факултета по селскостопански и хранителни науки на Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) професор Силвио Вашина поема професията си по хранителна информатика през зимния семестър на 2019 г. ERNÄHRUNGS UMSCHAU Online разговаря с проф. Waschina за тази нова област на изследване.
Професор Waschina, какво имате предвид под нутриинформатика?
Професор доктор. Силвио Вашина: В нутриинформатиката математическите и информативните методи се използват за отговор на сложни изследователски въпроси в хранителните науки. От една страна, това включва събиране и анализ на мащабни данни от хранителни изследвания. От друга страна, задачата на нутриинформатиката въз основа на данни и предишни знания е да разработи модели, които са в състояние да правят прогнози за реакцията на организма към определена диета.
Колко подходяща е нутринформатиката за изследванията?
Washina: Хранителните науки стават все по-богати на данни през последните години. Преди всичко на молекулярно ниво, бързото развитие на химико-аналитичните и генетичните технологии ни дава възможност все по-точно да картографираме взаимодействията на човека с околната среда чрез хранене. Това включва i.a. молекулярният състав на храната и метаболитните процеси в човешкия организъм, върху които тя влияе, както и тези на микроорганизмите в храносмилателния тракт. Предизвикателството е да се оценят високоразмерните и различни набори от данни, за да се използват за откриване и разбиране на нови молекулярни механизми за взаимодействие между храната, микроорганизмите и хората.
Кои модули предлагате на студентите от Christian-Albrechts-Universität zu Kiel?
Washina: От следващия летен семестър ще предлагам семинар по компютърни симулации на сложни метаболитни процеси. Тук студентите ще научат какви са възможностите за практически "симулиране" на биохимични процеси в свързана с храненето система. В упражнението учениците ще създават самостоятелно модели и ще извършват симулации на компютъра - напр. Б. микробните метаболитни процеси при производството на кимчи и кисело мляко или как някои влакна се метаболизират от микроорганизмите в червата. Освен това се планира още един модул, за да се научи как да се използват публично достъпни онлайн бази данни и биоинформатичен софтуер.
Нейните изследвания се занимават, наред с други неща, с човешкия микробиом.
Как точно и защо изследвате връзката с храненето?
Washina: Микробиомът на човешкия храносмилателен тракт се състои от 500–1000 различни вида бактерии. Заедно те имат редица биохимични способности (ензими), които далеч надхвърлят тези на хората. Една от хипотезите, която произтича от това, е, че много взаимодействия, които хората влизат в околната среда чрез храната, не възникват директно чрез поглъщане на хранителните компоненти, а косвено чрез метаболитни продукти на микроорганизмите.
В моята изследователска група ние създаваме, наред с други, мрежови модели, специфични за пациента въз основа на проби от изпражнения, от които се изолира и секвенира бактериална ДНК. С тези модели е възможно да се правят прогнози за това кои молекули се обменят между хората и микробиома, кои хранителни компоненти се метаболизират от микробиома и кои микроорганизми взаимодействат помежду си. Още по-вълнуващо става, когато използваме моделите, за да предскажем как чревната екосистема и нейните взаимодействия с хората могат да бъдат повлияни от целенасочени интервенции, напр. Б. чрез адаптиране на диетата или използването на пре- и пробиотични препарати.
Техният подход се основава на анализ на големи масиви от данни. Във връзка с темата за октоподите с данни като google, Facebook & Co., терминът „големи данни“ означава също събирането на обширни данни от много милиони хора. Как вашият изследователски подход прави изводи от огромното количество данни за индивида, т.е. по отношение на персонализираното хранене?
Washina: От една страна, от решаващо значение е конкретният изследователски въпрос да бъде формулиран в конкретни термини преди събирането на данните. Това гарантира, че се записват само данни, които също имат отношение към въпроса. Моето изследване не е свързано със събирането на данни, а с разработването на базирани на данни теории за взаимодействието между организма и хранителната среда. Също така изследвам данните, събрани в системен биологичен контекст. Т.е. от различните набори от данни, напр. Б. Данни за микробиоми, хранителни данни и метаболомични данни, създават се мрежи, които отразяват взаимодействието между компонентите на храната, микроорганизмите и биохимичните процеси при хората. Структурата на мрежите може да се различава между различните индивиди в зависимост от измерените стойности за отделните мрежови компоненти. По този начин компютърните модели, базирани на тези мрежи, позволяват персонализирани прогнози за влиянието на храненето върху съответния организъм.
Анализът на големи количества данни изисква мощни алгоритми. Дали хранителната терапия в бъдеще ще се определя от високотехнологични методи като метаболомика и ще бъде възможна само с високопроизводителни компютри, със сходно значение като тази на лабораторната медицина в медицинската диагностика и терапия?
Washina: Компютърната диагностика играе все по-важна роля в медицината. Както казах, се събират все по-сложни набори от данни във връзка с храненето и различни заболявания. В момента това се прави главно за изследователски цели, но с пренасянето на откритията в клиничната практика, компютърно подпомогнатата диагностика и терапия също ще придобият все по-голямо значение в хранителната медицина.
По кои изследвания работите в момента и какво е планирано за в бъдеще?
Washina: Един фокус на изследването е влиянието на взаимодействията между човешкия микробиом и диетата върху риска от възпалителни заболявания. За тази цел си сътруднича с клинични изследователски групи в Кил за хронични възпалителни чревни заболявания като улцерозен колит и болест на Crohn. В друг проект и в сътрудничество с университетската болница Любек ние изследваме влиянието на диетата и прилагането на пробиотици върху риска от сепсис при недоносени деца. В бъдеще така наречените нецелеви метаболомни данни все повече ще се вливат в разработването на прогнозни модели, тъй като тази технология може да се използва за прецизно характеризиране на хранително-зависимите метаболитни процеси в организма.
На какво се надявате от резултатите от вашите изследвания?
Общата цел е да се използва системна биология и базирани на данни методи на нутриинформатика, за да се открият нови молекулни механизми и да се разбере как храненето влияе върху организма. Придобитите знания ще се използват предимно в хранителната медицина. Във връзка с проекта за недоносена медицина, ние преследваме целта, че храненето и профилактичното лечение с пробиотици могат да бъдат оптимизирани целенасочено и персонализирано, за да се намали рискът от сепсис при деца.
Професор Waschina, благодаря ви много за това разбиране във вашата изследователска област!
Интервюто беше проведено от Лора Мертен.
На човек
Waschina учи биоинформатика в Йена, където също докторат. В докторската си дисертация той изследва как бактериите Escherichia coli организират разделението на труда на метаболитно ниво и формират кооперации, така наречените симбиози, за това. Той идва в Кил през 2016 г., където работи в Института по експериментална медицина към Университетския медицински център Шлезвиг-Холщайн (UKSH). Именно там той започва своя анализ на микробиома.
Бъдещото изследователско поле на Waschina е микробиомът на недоносени деца. През зимния семестър 2019/2020 той заема професурата си по нутринформатика във Факултета по земеделие и хранене в Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).
(Източник: Christian-Alberts-Universität zu Kiel)