Algoritmus využívá genetické markery k predikci diabetického onemocnění ledvin

Onemocnění ledvin je běžnou, nevratnou komplikací diabetu. Vědci vyvinuli algoritmus, který využívá genetické markery k předpovědi, zda se u diabetika 2. typu rozvine onemocnění ledvin roky předem, což může poskytnout způsob, jak včas diagnostikovat a léčit tento stav, kterému lze předejít.

Podle Světové zdravotnické organizace se počet lidí s diabetem 2. typu na celém světě zvýšil ze 108 milionů v roce 1980 na 422 milionů v roce 2014. Častou komplikací diabetu je onemocnění ledvin, známé také jako diabetická nefropatie.

Diabetes je charakterizován zvýšenou hladinou cukru v krvi. Vysoká hladina cukru v krvi časem poškodí drobné filtrační jednotky ledvin, což způsobí, že nepracují tak efektivně při odstraňování odpadu z krve a návratu vyčištěné krve zpět do oběhu. Poškození je nevratné a nakonec vede k selhání ledvin, které vyžaduje léčbu dialýzou nebo transplantací ledviny. V USA je 44 % případů onemocnění ledvin v konečném stádiu a dialyzačních případů způsobeno cukrovkou.

Výzkumníci z Čínské univerzity v Hong Kongu se spojili se Sanford Burnham Prebys, aby vyvinuli výpočtový model, který dokáže předpovědět, zda se u osoby s diabetem 2. typu vyvine onemocnění ledvin.

„Došlo k významnému pokroku ve vývoji léčby onemocnění ledvin u lidí s cukrovkou,“ řekl Ronald Ma, odpovídající autor studie. „Avšak může být obtížné u jednotlivých pacientů vyhodnotit riziko rozvoje onemocnění ledvin pouze na základě klinických faktorů, takže určení, kdo má největší riziko rozvoje diabetického onemocnění ledvin, je důležitou klinickou potřebou.“

K vyřešení této klinické potřeby se vědci obrátili na metylaci DNA, biologický proces, při kterém se do molekuly DNA přidávají methylové skupiny. Tento proces je jedním ze způsobů, jak mohou buňky kontrolovat, které geny jsou aktivní a v jakou dobu, a lze jej snadno měřit pomocí krevního testu.

Metylace DNA je dědičná (epigenetická) změna spojená s rakovinou a dalšími onemocněními, jako jsou kardiovaskulární onemocnění. Již dříve byly provedeny pokusy identifikovat biomarker, který může předpovídat diabetické onemocnění ledvin. Zatímco celogenomové asociační studie (GWAS) měly určitý úspěch při identifikaci genetických markerů pro diabetes 2. typu, má se za to, že epigenetické markery, jako je metylace, poskytují způsob, jak zachytit interakci mezi genetikou a faktory prostředí.

Vědci použili metylaci DNA jako marker, aby naučili svůj výpočetní model předpovídat funkci ledvin, s použitím údajů od 1271 pacientů s diabetem 2. typu v Hong Kong Diabetes Register. Také testovali model na samostatné skupině 326 původních Američanů s diabetem 2. typu, čímž zajistili, že model dokáže předpovědět onemocnění ledvin v různých populacích.

Výpočtový model mohl dobře předpovídat funkci ledvin a dosáhl průměrné oblasti pod charakteristikou přijímače a operátora (AUROC) 0,76, která nebyla ovlivněna faktory, jako je pohlaví nebo věk. AUROC je metrika výkonu, která hodnotí, jak dobře model strojového učení rozlišuje mezi případy (pozitivní příklady) a nepřípady (negativní příklady). AUROC 1,0 odpovídá dokonalému klasifikátoru, zatímco AUROC 0,5 je ekvivalentem hodu mincí. AUROC 0,7 až 0,8 znamená dobrý výkon.

„Náš výpočtový model může používat metylační markery ze vzorku krve k předpovědi jak současné funkce ledvin, tak toho, jak budou ledviny fungovat roky v budoucnu, což znamená, že by mohl být snadno implementován spolu se současnými metodami pro hodnocení rizika onemocnění ledvin u pacienta,“ řekl. Kevin Yip, spoluodpovídající autor studie.

Vzhledem k celosvětové prevalenci diabetu 2. typu a skutečnosti, že diabetické ledvinové chorobě lze předejít, jsou zjištění této studie důležitá. Mohou vést k metodě včasné diagnostiky a léčby onemocnění.

Výzkumníci svůj model zdokonalují a plánují jej rozšířit tak, aby zahrnoval další údaje, které by mohly zlepšit jeho schopnost předpovídat další zdravotní výsledky související s cukrovkou.

„Jsme potěšeni, že zjištění této studie by mohla zlepšit budoucí péči a usnadnit určení toho, kdo bude mít největší prospěch z těchto nových léčebných postupů, aby se zabránilo poškození ledvin cukrovkou,“ řekla Ma. „Věda se stále vyvíjí, ale pracujeme na začlenění dalších informací do našeho modelu, abychom dále posílili přesnou medicínu diabetu.“

Studie byla publikována v časopise Příroda komunikace.

Zdroj: Čínská univerzita v Hong Kongu a Sanford Burnham Prebys