Mikrobiom jelitowy odgrywa kluczową rolę w funkcjonowaniu organizmu człowieka – wpływa na metabolizm, odporność, a nawet zdrowie psychiczne. Jednak mimo ogromnego znaczenia biologicznego wciąż pozostaje jednym z najbardziej złożonych i słabo poznanych ekosystemów w ludzkim ciele. Nowy projekt realizowany w Krakowie może to zmienić.
Dr Tomasz Kościółek z Sano Centrum Zindywidualizowanej Medycyny Obliczeniowej otrzymał prestiżowy grant FIRST TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, który pozwoli stworzyć pierwszy na świecie generatywny model fundamentalny mikrobiomu jelitowego człowieka – microbiomeGPT. Projekt stanowi ważny krok w rozwoju AI w medycynie, ponieważ wykorzystuje sztuczną inteligencję do modelowania złożonych procesów biologicznych i przewidywania ich wpływu na zdrowie człowieka.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Czym jest microbiomeGPT – pierwszy generatywny model AI mikrobiomu jelitowego człowieka.
- Jak technologia cyfrowych bliźniaków mikrobiomu może pomóc w diagnostyce i personalizacji terapii.
- Dlaczego projekt realizowany w Krakowie może stać się globalnym przełomem w bioinformatyce i medycynie precyzyjnej.
- Jakie instytucje naukowe i firmy współpracują przy projekcie finansowanym przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej i Unię Europejską.
Generatywny model mikrobiomu jelitowego
Projekt realizowany w Krakowie zakłada stworzenie pierwszego na świecie generatywnego modelu fundamentalnego mikrobiomu jelitowego człowieka. Oznacza to wykorzystanie sztucznej inteligencji do modelowania niezwykle złożonych relacji między bakteriami, metabolizmem i zdrowiem człowieka. Podobnie jak duże modele językowe analizują i generują tekst, microbiomeGPT ma nauczyć się „języka mikrobiomu” – czyli zasad rządzących strukturą i funkcjonowaniem mikrobiologicznego ekosystemu jelitowego. Jak wyjaśnia dr Tomasz Kościółek:
Dzięki microbiomeGPT uczymy się języka mikrobiomu jelitowego. Po opanowaniu tego języka będziemy mogli zrozumieć jego gramatykę – jak powinna wyglądać struktura mikrobiomu, jak wyrażać nowe pomysły – projektować nowe składy wspierające zdrowie; oraz tworzyć cyfrowe bliźniaki naszych własnych mikrobiomów.
Projekt realizowany będzie przez cztery lata, a jego finansowanie wynosi 4 miliony złotych.
Cyfrowe bliźniaki mikrobiomu – nowa era medycyny
Jednym z najważniejszych elementów projektu jest rozwój technologii cyfrowych bliźniaków mikrobiomu. Cyfrowy bliźniak to wirtualny model biologiczny, który odwzorowuje realny system – w tym przypadku ekosystem mikroorganizmów w jelitach konkretnego człowieka. Dzięki takiej technologii możliwe będzie:
- przewidywanie ryzyka chorób związanych z mikrobiomem,
- symulowanie reakcji organizmu na różne terapie,
- projektowanie spersonalizowanych interwencji dietetycznych i terapeutycznych.
Jak podkreśla K. Nicholson, Head of Innovation w Sano:
MicrobiomeGPT umożliwi klinicystom i badaczom przewidywanie ryzyka chorób, symulowanie efektów leczenia i projektowanie spersonalizowanych interwencji, zanim dojdzie do nich w świecie rzeczywistym.
To podejście wpisuje się w rozwijający się na świecie trend medycyny predykcyjnej i spersonalizowanej.
Dane z największego badania mikrobiomu w Polsce
Aby stworzyć model dostosowany do specyfiki polskiej populacji, Sano pozyskało licencję na dane pochodzące z Mapy Mikrobiomu Polski – największego krajowego projektu badawczego dotyczącego mikrobiomu. Dzięki temu możliwe będzie trenowanie modeli AI na danych biologicznych reprezentujących rzeczywiste zróżnicowanie mikrobiologiczne populacji.
Takie podejście zwiększa szanse na opracowanie narzędzi diagnostycznych i terapeutycznych, które będą bardziej precyzyjne i dostosowane do konkretnych populacji.
Kraków jako centrum innowacji biomedycznych
Projekt microbiomeGPT wpisuje się w rozwój Krakowa jako jednego z najważniejszych ośrodków bioinformatyki i biotechnologii w Europie Środkowej. W regionie funkcjonuje coraz silniejszy ekosystem instytucji naukowych, firm deep-tech oraz organizacji wspierających rozwój nauki. Wśród kluczowych partnerów i instytucji działających w tym środowisku znajdują się m.in.:
- Małopolskie Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego,
- Instytut Farmakologii im. Jerzego Maja PAN,
- Jagiellońskie Centrum Innowacji,
- Klaster LifeScience Kraków,
- społeczność Bioinformatics Community PL (BCPL).
Dynamicznie rozwija się również sektor firm biotechnologicznych i bioinformatycznych, takich jak Ardigen, Ryvu Therapeutics, onebiome czy Intelliseq.
Międzynarodowa współpraca naukowa
Projekt microbiomeGPT powstaje we współpracy z międzynarodowymi partnerami naukowymi i przemysłowymi. Do zespołu badawczego należą m.in.:
- prof. Elin Org z Uniwersytetu w Tartu w Estonii, specjalizująca się w badaniach populacyjnych mikrobiomu,
- prof. Ewa Szczurek z Helmholtz Munich i Uniwersytetu Warszawskiego, ekspertka w zakresie generatywnych modeli AI i integracji danych multi-omicznych.
Partnerem przemysłowym projektu została także Diagnostyka S.A., jeden z największych operatorów diagnostyki laboratoryjnej w Polsce.
Naukowiec stojący za projektem
Dr Tomasz Kościółek należy do grona uznanych bioinformatyków zajmujących się badaniami mikrobiomu i uczeniem maszynowym. Jego dorobek obejmuje m.in.:
- rozwój DeepFRI – metody adnotacji funkcji białek na podstawie struktury 3D,
- współtworzenie QIIME 2 – jednej z najważniejszych platform do analizy danych mikrobiomu,
- publikacje w prestiżowych czasopismach naukowych, takich jak Nature, Nature Communications i Nature Biotechnology.
Nowe możliwości diagnostyki i terapii
Jeśli projekt zakończy się sukcesem, microbiomeGPT może stać się jednym z najważniejszych narzędzi analitycznych w medycynie przyszłości. Potencjalne zastosowania obejmują m.in.:
- diagnostykę chorób metabolicznych i autoimmunologicznych,
- projektowanie spersonalizowanych terapii mikrobiomowych,
- analizę wpływu diety i leków na mikrobiom,
- rozwój medycyny precyzyjnej opartej na danych biologicznych.
Technologia cyfrowych bliźniaków może także przyspieszyć badania kliniczne, pozwalając testować hipotetyczne scenariusze terapeutyczne w środowisku symulacyjnym.
„Projekt współfinansowany przez Unię Europejską”.
Sano – centrum medycyny obliczeniowej w Krakowie
Sano – Centre for Computational Personalised Medicine to międzynarodowa fundacja badawcza z siedzibą w Krakowie, która rozwija technologie medycyny obliczeniowej łączące medycynę, bioinformatykę i sztuczną inteligencję. Celem instytucji jest tworzenie narzędzi wspierających diagnostykę, profilaktykę oraz rozwój medycyny spersonalizowanej.
Centrum prowadzi badania nad analizą dużych zbiorów danych biologicznych, modelowaniem procesów chorobowych oraz wykorzystaniem AI w medycynie. Sano współpracuje z uczelniami, instytutami badawczymi i firmami biotechnologicznymi, tworząc w Krakowie dynamiczny ekosystem innowacji biomedycznych.
Główne wnioski
- Projekt microbiomeGPT finansowany grantem FIRST TEAM o wartości 4 mln zł ma stworzyć pierwszy na świecie generatywny model AI ludzkiego mikrobiomu jelitowego.
- Model umożliwi budowę cyfrowych bliźniaków mikrobiomu, które pozwolą symulować przebieg chorób i reakcję organizmu na terapię.
- Projekt wykorzysta dane z Mapy Mikrobiomu Polski, największego krajowego badania populacyjnego mikrobiomu.
- Badania realizowane w Sano Centrum Medycyny Obliczeniowej w Krakowie mogą wzmocnić pozycję Polski w globalnych badaniach nad AI w biomedycynie.
Źródło:
- Informacja prasowa
