الذكاء الاصطناعي سيحسن من تشخيص أمراض المناعة الذاتية وعلاجها

قد تُفضي خوارزمية ذكاء اصطناعي متطورة جديدة إلى تنبؤات أكثر دقةً وأسرع، وإلى ابتكار علاجات جديدة لأمراض المناعة الذاتية، التي يهاجم فيها الجهاز المناعي خلايا وأنسجة الجسم السليمة عن طريق الخطأ. تُحلل الخوارزمية الشفرة الجينية الكامنة وراء هذه الحالات لنمذجة كيفية التعبير عن الجينات المرتبطة بأمراض مناعة ذاتية محددة وتنظيمها بدقة أكبر، ولتحديد جينات خطر إضافية.

أفاد الباحثون أن هذا العمل، الذي طوّره فريق من الباحثين في كلية الطب بجامعة بنسلفانيا، يتفوق على المنهجيات الحالية، إذ حدّد ارتباطات جينية وسمات جديدة بنسبة 26%. ونُشر عملهم اليوم في مجلة Nature Communications.

قال داجيانغ ليو، الأستاذ المتميز ونائب رئيس قسم الأبحاث ومدير قسم الذكاء الاصطناعي والمعلوماتية الطبية الحيوية في كلية الطب بجامعة بنسلفانيا والمؤلف المشارك للدراسة: "جميعنا لدينا طفرات في حمضنا النووي، وعلينا أن نفهم كيف يمكن لأي من هذه الطفرات أن تؤثر على التعبير عن الجينات المرتبطة بالأمراض حتى نتمكن من التنبؤ بمخاطر الأمراض مبكرًا. وهذا مهم بشكل خاص لأمراض المناعة الذاتية".

"إذا كانت خوارزمية الذكاء الاصطناعي قادرة على التنبؤ بمخاطر الأمراض بشكل أكثر دقة، فهذا يعني أننا نستطيع التدخل في وقت مبكر."

علم الوراثة وتطور الأمراض

غالبًا ما يكون العامل الوراثي أساسًا لتطور الأمراض. يمكن أن تؤثر الاختلافات في الحمض النووي على التعبير الجيني، وهي العملية التي يتم من خلالها تحويل المعلومات في الحمض النووي إلى منتجات وظيفية مثل البروتين. يمكن أن تؤثر قوة أو ضعف التعبير الجيني على خطر الإصابة بالمرض.

دراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS)، وهي نهج شائع في أبحاث علم الوراثة البشرية، تُمكّن من تحديد مناطق الجينوم المرتبطة بمرض أو سمة معينة، لكنها لا تستطيع تحديد الجينات المُحددة التي تُؤثر على خطر الإصابة بالمرض. يشبه الأمر مشاركة موقعك مع صديق، ولكن دون الحاجة إلى ضبطه بدقة على هاتفك الذكي - قد تكون المدينة واضحة، لكن العنوان مخفي.

الأساليب الحالية محدودة أيضًا في تفاصيل تحليلها. قد يكون التعبير الجيني خاصًا بأنواع معينة من الخلايا. إذا لم يُميّز التحليل بين أنواع الخلايا المختلفة، فقد تُغفل النتائج علاقات السبب والنتيجة الحقيقية بين المتغيرات الجينية والتعبير الجيني.

طريقة إكسبريسو

وتستخدم طريقة الفريق، التي تسمى EXPRESSO (توقع التعبير مع إحصائيات الملخص فقط)، خوارزمية ذكاء اصطناعي أكثر تقدمًا وتحلل البيانات من التوقيعات التعبيرية الكمية للخلايا أحادية النواة التي تربط المتغيرات الجينية بالجينات التي تنظمها.

كما يدمج بيانات الجينوم ثلاثية الأبعاد وعلم الوراثة فوق الجينية، الذي يقيس كيفية تعديل الجينات بفعل البيئة للتأثير على المرض. طبّق الفريق برنامج EXPRESSO على مجموعات بيانات GWAS لـ 14 مرضًا مناعيًا ذاتيًا، بما في ذلك الذئبة ، وداء كرون ، والتهاب القولون التقرحي ، والتهاب المفاصل الروماتويدي.

قال بيبو جيانج، الأستاذ المساعد في كلية الطب بجامعة بنسلفانيا والمؤلف الرئيسي للدراسة: "بفضل هذه الطريقة الجديدة، تمكنا من تحديد المزيد من جينات خطر الإصابة بأمراض المناعة الذاتية التي لها تأثيرات خاصة بنوع الخلية، وهذا يعني أنها تؤثر فقط على نوع معين من الخلايا وليس غيرها".

التطبيقات العلاجية المحتملة

استخدم الفريق هذه المعلومات لتحديد العلاجات المحتملة لأمراض المناعة الذاتية. ويشيرون إلى أنه لا توجد حاليًا خيارات علاجية جيدة طويلة الأمد.

تهدف معظم العلاجات إلى تخفيف الأعراض بدلًا من علاج المرض. وهذه معضلة، إذ تتطلب أمراض المناعة الذاتية علاجًا طويل الأمد، إلا أن العلاجات الحالية غالبًا ما تكون لها آثار جانبية سيئة للغاية، مما يجعل استخدامها على المدى الطويل غير ممكن. ومع ذلك، يُقدم علم الجينوم والذكاء الاصطناعي آفاقًا واعدة لتطوير علاجات جديدة، وفقًا لورا كاريل، أستاذة الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية في كلية الطب بجامعة بنسلفانيا والمؤلفة المشاركة في الدراسة.

أشار عمل الفريق إلى مركبات دوائية قادرة على عكس التعبير الجيني في أنواع الخلايا المرتبطة بأمراض المناعة الذاتية، مثل فيتامين ك لعلاج التهاب القولون التقرحي، والميتفورمين ، الذي يُوصف عادةً لعلاج داء السكري من النوع الثاني ، لعلاج داء السكري من النوع الأول. هذه الأدوية، التي وافقت عليها إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) بالفعل باعتبارها آمنة وفعالة لعلاج أمراض أخرى، قابلة لإعادة الاستخدام.

ويعمل فريق البحث مع زملائه لاختبار النتائج التي توصلوا إليها في المختبر، وفي نهاية المطاف، في التجارب السريرية.

قاد الدراسة كلٌ من ليدا وانغ، طالبة دكتوراه في برنامج الإحصاء الحيوي، وشاكريت خونسريراكساكول، الذي سيحصل على درجة الدكتوراه في المعلوماتية الحيوية وعلم الجينوم عام ٢٠٢٢، ودرجة الطب في مايو من جامعة بنسلفانيا. ومن بين الباحثين الآخرين من كلية الطب بجامعة بنسلفانيا، هافيل ماركوس، الذي يسعى للحصول على درجة الدكتوراه ودرجة الطب؛ وديي تشين، زميل ما بعد الدكتوراه؛ وفانغ تشانغ، طالب دراسات عليا؛ وفانغ تشين، زميل ما بعد الدكتوراه. كما انضم إلى العمل شياووي تشانغ، الأستاذ المساعد في المركز الطبي بجامعة تكساس ساوثويسترن.