Інтерв’ю проф.
На факультеті сільськогосподарських та харчових наук Крістіан-Альбрехтс-Університету Цюль (CAU) професор Сільвіо Ващина вступив до професорської професії з питань харчової інформатики в зимовому семестрі 2019 року. ERNÄHRUNGS UMSCHAU Online говорив з професором Ващиною про цю нову галузь досліджень.
Професоре Ващино, що ви маєте на увазі під нутрінформатикою?
Професор доктор Сільвіо Ващина: У нутрінформатиці математичні та інформаційні методи використовуються для відповіді на складні дослідницькі питання в галузі харчової науки. З одного боку, це передбачає збір та аналіз масштабних даних з харчових досліджень. З іншого боку, завданням нутрінформатики на основі даних та попередніх знань є розробка моделей, здатних робити прогнози щодо реакції організму на певний раціон.
Наскільки актуальна нутрінформатика для досліджень?
Вашина: Харчові науки за останні роки стають дедалі більше багатими на дані. Перш за все на молекулярному рівні, швидкий розвиток хіміко-аналітичних та генетичних технологій дозволяє нам все точніше і точніше відображати взаємодію людини з навколишнім середовищем. Це, серед іншого, включає молекулярний склад їжі та обмінні процеси в організмі людини, на які він впливає, а також процеси мікроорганізмів у травному тракті. Завдання полягає в оцінці багатовимірних та різноманітних наборів даних, щоб використовувати їх для виявлення та розуміння нових молекулярних механізмів взаємодії між продуктами харчування, мікроорганізмами та людиною.
Які модулі ви пропонуєте студентам Christian-Albrechts-Universität zu Kiel?
Вашина: Починаючи з найближчого літнього семестру, я буду пропонувати семінар з комп'ютерного моделювання складних обмінних процесів. Тут студенти дізнаються, які можливості є практично для "імітації" біохімічних процесів у системі, що відповідає харчуванню. У вправі студенти самостійно створюватимуть моделі та здійснюватимуть моделювання на комп’ютері - напр. B. мікробні метаболічні процеси при виробництві кімчі та йогурту, або те, як деякі харчові волокна метаболізуються мікроорганізмами в кишечнику. Крім того, планується ще один модуль, який навчиться користуватися загальнодоступними онлайновими базами даних та біоінформаційним програмним забезпеченням.
Її дослідження займається, серед іншого, мікробіомом людини.
Як саме і чому ви досліджуєте відношення до харчування?
Вашина: Мікробіом травного тракту людини складається з 500–1000 різних видів бактерій. Разом вони мають ряд біохімічних здібностей (ферментів), які набагато перевершують людські. Однією з гіпотез, що випливає з цього, є те, що багато взаємодій, які люди вступають у навколишнє середовище через їжу, відбуваються не безпосередньо через надходження компонентів їжі, а опосередковано через продукти метаболізму мікроорганізмів.
У моїй дослідницькій групі ми створюємо специфічні для пацієнта мережеві моделі на основі зразків стільця, з яких виділяється і секвенується бактеріальна ДНК. За допомогою цих моделей можна робити прогнози щодо того, які молекули обмінюються між людиною та мікробіомом, які харчові компоненти метаболізуються мікробіомом, а які мікроорганізми взаємодіють між собою. Це стає ще більш захоплюючим, коли ми використовуємо моделі для прогнозування того, як на кишкову екосистему та її взаємодію з людьми можна впливати цілеспрямованими втручаннями, наприклад B. шляхом адаптації дієти або використання пре- та пробіотичних препаратів.
Їх підхід заснований на аналізі великих масивів даних. У зв'язку з темою даних-восьминогів, таких як google, Facebook & Co., термін "великі дані" також означає збір великих даних багатьох мільйонів людей. Як ваш підхід до дослідження робить висновки з величезної кількості даних про людину, тобто з точки зору персоналізованого харчування?
Вашина: З одного боку, надзвичайно важливо, щоб конкретне дослідницьке питання було сформульовано конкретно перед тим, як збирати дані. Це гарантує запис лише тих даних, які також мають відношення до питання. Моє дослідження стосується не збору даних, а розробки теорій на основі даних про взаємодію між організмом та харчовим середовищем. Я також вивчаю дані, зібрані в системному біологічному контексті. Тобто з різних наборів даних, напр. B. Дані мікробіомів, харчові дані та метаболомічні дані, створюються мережі, що відображають взаємодію між компонентами їжі, мікроорганізмами та біохімічними процесами у людини. Структура мереж може відрізнятися у різних осіб залежно від виміряних значень для окремих компонентів мережі. Таким чином, комп’ютерні моделі, засновані на цих мережах, дозволяють персоналізовано передбачати вплив харчування на відповідний організм.
Для аналізу великих обсягів даних потрібні потужні алгоритми. Чи буде дієтична терапія майбутнього визначатися такими високотехнологічними методами, як метаболоміка, і буде можлива лише за допомогою високопродуктивних комп’ютерів, що мають таке саме значення, як і лабораторна медицина, в медичній діагностиці та терапії?
Вашина: Комп’ютерна діагностика відіграє все більшу роль у медицині. Як я вже говорив, все більше і більше складних наборів даних збирається у зв'язку з харчуванням та різними захворюваннями. На даний момент це в основному робиться для дослідницьких цілей, але з перенесенням отриманих результатів у клінічну практику автоматизована діагностика та терапія також набуватимуть значення у харчовій медицині.
Над якими дослідженнями ви зараз працюєте і що планується на майбутнє?
Вашина: Основна увага в дослідженні - вплив взаємодії між мікробіомом людини та харчуванням на ризик запальних захворювань. З цією метою я співпрацюю з клінічними дослідницькими групами в Кілі щодо хронічних запальних захворювань кишечника, таких як виразковий коліт та хвороба Крона. В іншому проекті та у співпраці з Університетською лікарнею Любек ми досліджуємо вплив дієти та прийому пробіотиків на ризик сепсису у недоношених дітей. У майбутньому так звані нецільові дані про метаболом будуть все більше вливатися у розробку прогнозних моделей, оскільки ця технологія може бути використана для дуже точної характеристики метаболічних процесів, що залежать від їжі в організмі.
На що ви сподіваєтесь від результатів своїх досліджень?
Загальна мета полягає у використанні системних біологічних та на основі даних методів нутрінформатики для відкриття нових молекулярних механізмів та розуміння того, як харчування впливає на організм. Отримані знання насамперед слід використовувати у дієтології. У зв’язку з проектом з лікування недоношених дітей ми переслідуємо мету цілеспрямовано та персоналізовано оптимізувати харчування та профілактичне лікування пробіотиками, щоб зменшити ризик сепсису у дітей.
Професоре Ващино, дякую вам за це розуміння вашої галузі досліджень!
Співбесіду провела Лора Мертен.
Людині
Ващина вивчав біоінформатику в Єні, де також здобув ступінь доктора. У своїй докторській дисертації він досліджував, як бактерії кишкової палички організовують розподіл праці на метаболічному рівні та утворюють для цього кооперації, так звані симбіози. Він приїхав до Кіль в 2016 році, де працював в Інституті експериментальної медицини при Університетському медичному центрі Шлезвіг-Гольштейн (UKSH). Саме там він розпочав свій аналіз мікробіома.
Майбутнє дослідження Ващини - це мікробіом недоношених дітей. У зимовому семестрі 2019/2020 рр. Він здобув професуру з нутрінформатики на факультеті сільського господарства та харчування в Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).
(Джерело: Кільський університет Крістіана Альбертса)