Исследователь из Эмори Дэвид Вайс потратил годы на изучение загадочного явления, называемого гетерорезистентностью, при котором крошечная часть бактерий остается устойчивой к антибиотикам, в то время как остальные поддаются. Недавно он применил свою научную проницательность к не менее смертельной угрозе грибковых инфекций кровотока у пациентов, получающих трансплантацию костного мозга. Инфекции кровотока могут быть смертельными для этих пациентов, включая инфекции, вызванные Candida parapsilosis, видом грибков, которые могут жить в пищеварительном тракте и иногда попадать в кровоток.

Вайс объединился с исследователями из Memorial Sloan Kettering Cancer Center после того, как врачи там наблюдали за многочисленными пациентами, перенесшими трансплантацию, у которых развились инфекции кровотока, несмотря на лечение противогрибковым препаратом микафунгином, так называемым «пенициллином противогрибковых препаратов». Для инфицированных пациентов это были опасные для жизни инфекции, с тем, что Вайс называет «шокирующе высоким» уровнем смертности. Врачи в Sloan Kettering были озадачены инфекциями, которых не должно было быть. Вайс, который изучал явление гетерорезистентности у бактерий в течение многих лет, присоединился к исследователям Sloan Kettering, чтобы найти ответы.

В новой статье в Nature Medicine команда описала, как они работали с коллегами по всему миру, чтобы собрать 219 штаммов C. parapsilosis у пациентов в Sloan Kettering и других местах во Франции, Германии и Китае. Исследование показало, что гетерорезистентность была причиной того, что у небольшого числа пациентов развились инфекции кровотока , несмотря на профилактическое лечение противогрибковым препаратом микафунгин.

« Грибы просто пытаются выжить, как мы бы это сделали, столкнувшись с угрозой», — говорит Вайс, профессор Медицинской школы Университета Эмори и директор Центра устойчивости к антибиотикам Эмори. «Они делятся в течение нескольких часов, поэтому у них есть еще много-много циклов эволюции. Каждый раз, когда мы используем противогрибковые препараты, это возможность для грибков пойти в школу и научиться выживать. Для них выживание означает, что они сопротивляются препарату и потенциально создают для нас проблему».

Вклад машинного обучения
Пройдя на один уровень глубже, специалисты по вычислительной биологии из Sloan Kettering Чэнь Ляо и Жуан Ксавье использовали модель машинного обучения для обнаружения гетерорезистентных грибков, продемонстрировав диагностический подход с возможностью обоснования клинических решений. Однако выявленные закономерности были сложными — гетерорезистентные и восприимчивые штаммы с большей вероятностью имели немного отличающиеся эволюционные истории, известные как филогенетические кластеры. Хотя алгоритм машинного обучения не был строго необходим для обнаружения этого, он помог, предсказав гетерорезистентность на основе лишь небольшого набора геномных признаков, которые можно быстро измерить с помощью существующих инструментов.

«Существуют тысячи мутаций», — говорит Ляо. «Я попросил свой алгоритм выбрать не более 10. Одно из преимуществ машинного обучения заключается в том, что вам не нужно секвенировать весь геном, достаточно найти несколько участков, которые достаточно информативны, чтобы их можно было предсказать».

Авторы статьи считают, что это нововведение может стать многообещающим для разработки простого теста для выявления гетерорезистентных грибков в клинике. Но Вайс считает, что потребуются годы исследований, чтобы определить точные молекулярные механизмы, вызывающие гетерорезистентность.

«Сейчас нет теста на гетерорезистентность», — говорит Вайс. «То, к чему мы должны стремиться, — это анализировать образец кала у пациента перед трансплантацией, чтобы составить профиль его кишечных микробов или грибков. Если у них есть гетерорезистентный к микафунгину C. parapsilosis, врачи смогут выбрать другой противогрибковый препарат для профилактики или избавиться от грибка в кишечнике перед трансплантацией. Вы не хотите, чтобы эти грибки были там, потому что это подвергает пациента гораздо большему риску прорывной инфекции, которая может буквально привести к смерти, потому что иммунная система ослаблена, чтобы бороться с инфекцией » .