Новый прорыв в ИИ: заражение опасным паразитом стали находить на ранних стадиях

Искусственный интеллект научился обнаруживать заражения человека паразитическими червями. Для того, чтобы найти паразитов на ранней стадии, достаточно изучить образцы крови пациента.

Черви рода Schistosoma, вызывающие шистосомоз, проходят свой жизненный цикл в двух хозяевах — сначала в улитках, а затем в млекопитающих — людях, собаках и мышах. Яйца червей попадают в организм человека через кожу и циркулируют по всему организму, повреждая множество органов, включая печень, кишечник, мочевой пузырь и мочеиспускательный канал. Когда личинки достигают кровеносных сосудов, соединяющих кишечник с печенью, они превращаются во взрослых червей. Затем они выделяют яйца, после дефекации продолжают цикл передачи инфекции.

Традиционная диагностика основана на обнаружении яиц в кале, поэтому врачи обычно пропускают ранние стадии заражения. К тому времени, когда яйца обнаруживаются, пациенты уже находятся на поздней стадии заболевания. Однако препарат празиквантел, который прописывают заболевшим, не может уничтожить молодых червей на ранних стадиях заражения и предотвратить повторное заражение. 

Новое исследование основано на определении скрытой информации в крови, сигнализирующей об активной инфекции на ранней стадии. Организм реагирует на заражение шистосомозом, запуская иммунный ответ, в котором участвуют несколько типов иммунных клеток, а также антитела, нацеленные на молекулы, выделяемые червями или присутствующие на них, а также на яйца. 

Ученые разработали анализ, фиксирующий иммунный ответ, включая различные классы антител и характеристики. Это позволяет отличать неинфицированных пациентов от пациентов с ранней и поздней стадиями заболевания. А благодаря машинному обучению искусственный интеллект анализирует антитела для выявления скрытых характеристик иммунного ответа, связанных со стадией и тяжестью заболевания.

«Мы обучили модель на данных об иммунном профиле инфицированных и неинфицированных пациентов и протестировали модель на данных, которые не использовались для обучения, а также на данных из другого географического региона. Мы определили не только биомаркеры заболевания, но и потенциальный механизм, лежащий в основе инфекции», — пишут ученые.

Исследователи обнаружили, что специфический иммунный ответ на определенный белок на поверхности червя сигнализирует о промежуточной стадии инфекции. В отличие от многих методов машинного обучения, подход поддается интерпретации. Кроме простого выявления маркеров заболевания, он может дать представление о том, почему и как развивается заболевание, и помочь в создании будущих стратегий ранней диагностики и лечения, пишет Science Alert.

Шистосомоз считается «забытой» болезнью, однако поражает более 200 млн человек во всем мире и ежегодно приводит к 280 000 смертей. Ранняя диагностика может повысить эффективность лечения и предотвратить тяжелые формы заболевания.