Tekoälystä apua IBD:n ennustamisessa – "Yksinkertainen on kaunista hevosen ruokinnassa, siitä ne pieneliötkin pitävät"

IBD:stä (inflammatory bowel disease) tiedetään edelleen melko vähän. Kyseessä on autoimmuunisairaus, joka yleistyy sekä ihmisillä että eläimillä niiden eläessä urbaanissa ympäristössä. Se ei ole kovinkaan tarkka diagnoosi, vaan käsittää useita erilaisia suoliston häiriötiloja. Tilaan kuuluu heikentynyt immuunijärjestelmä, elinympäristön aiheuttamia syitä, geneettinen alttius ja tiettyjä patogeneettisiä syitä. Yhteys suolistomikrobistoon näyttää olevan kiistaton. Mikrobisto käsittää kaikki yhden hevosen suolistossa elävät pieneliöt: bakteerit, virukset, sienet ja arkit..Tietoisuus IBD:stä on kasvanut ihmisillä ja ihmisten hoidossa olevilla eläimillä, kuten hevosilla. IBD on harmillinen, sillä se laskee suorituskykyä ja aiheuttaa ripulia, painonlaskua ja kipukäyttäytymistä..Vaikka tietoisuus sairaudeta onkin noussut, ei tiedetä, onko se yleistynyt, vai tunnetaanko se vain paremmin..Tekoäly ja IBDTutkimusryhmä selvittää tekoälyn avulla suolistosairaus IBD:stä (inflammatory bowel disease) kärsivien hevosten suolistomikrobiston koostumusta. .Tekoälymallien käyttäminen diagnostiikassa yleistyy, sillä ensikokemukset vaikuttavat lupaavilta. Perinteiset diagnoosimenetelmät ovat epävarmoja ja stressaavia hevoselle ja vaativat sekä paastoamista, että hevosen kuljettamista tutkittavaksi endoskoopilla ja koepalojen ottamista ja säilömistä..Tutkimusryhmä mietti, olisiko tarjolla helpompi ja halvempi tutkimusmenetelmä, kuten esimerkiksi lantanäyte, ja mitä tästä lantanäytteestä voisi saada selville keinotekoisen neuroverkon avulla. Neuroverkko on koneoppimisalgoritmi. Neuroverkot jäljittelevät ihmisen aivojen toimintaa matemaattisten mallien avulla, ja niitä käytetään ennusteiden tekemiseen. Suomeksi voidaan käyttää tutumpaa termiä ”tekoäly”..Tutkimukseen osallistui 27 tervettä ja 49 IBD-hevosta. 30 eriasteisesti IBD:tä potevaa tai potenutta hevosta saatiin somekyselyjen perusteella ja 19 akuuttia tapausta Laukaan hevosklinikalta. Hevostenomistajat täyttivät kyselyn jossa kerättiin hevosten tiedot ja myös, mitä muita sairauksia niillä mahdollisesti oli..Tutkimus tehtiin lantanäytteistä. Tuoretta lantaa kerättiin hevosista niin, ettei se päässyt kosketuksiin ympäristön pintojen kanssa, jolloin se ei päässyt saastumaan ympäristöbakteereilla. Näytteet pakastettiin välittömästi koska suolistomikrobit ovat anaerobisia eivätkä selviä hyvin suoliston ulkopuolella, vaan näyte pilaantuu..Mikrobiston tiedetään muuttuvan IBD:ssä. mutta tutkimustulokset osoittivat kuitenkin vain hyvin pieniä eroavaisuuksia terveiden ja sairaiden hevosten suolistomikrobistossa. Eri mikrobilajeista syntyvä koostumus ei siis eronnut paljoakaan. Näin siis paljaalle silmälle näytti. Tietokone kuitenkin löysi näytteistä mikrobilajistoihin liittyviä eroja, jotka yhdistettynä toisiinsa osoittivat selkeitä suuntaviivoja..Tutkimustulos ei ollut ihan sitä, mitä odotettiin..Toisin kuin ihmisillä ja rotilla, sekä IBD-hevosilla että terveillä hevosilla on yhtä monimuotoinen mikrobisto, joka muodostuu pääosin Firmicutes-bakteereista (48,7 prosenttia), Bacteroidotasta (22,5) ja Verrucomicrobiotasta (12,3) ynnä muista. Tässä suhteessa hevoset muistuttaisivat nautoja, joilla on myös pitkä, fermentoiva suolisto. Eri eläinlajeilla uskotaan kullakin olevan lajityypillinen ydinmikrobisto, joka on pohjana lajin yksilöillä. Tämä mikrobisto heijastaa lajityypillisiä olosuhteita ja ylläpitää eläimen terveyttä..Muutokset mikrobistossa olivat niin hienovaraisia, ja tutkittavien hevosten lukumäärä sen verran rajallinen, että koneoppiminen oli tulosten analysoinnissa välttämätön. Bakteerien lukumäärien suhteet toisiinsa vaihtelivat vain hyvin vähän sen mukaan, oliko hevosella IBD vai ei. Mutta ne kuitenkin vaihtelivat..”Seuraavaksi kerätään lisää näytteitä ja lisätään aineistoon sekvensointeja eri vuosilta, eli lisää hevosnäytteitä, ja katsotaan, täytyykö meidän näiden eri erien välillä opettaa tietokonemalli uudestaan”, tutkimusryhmän jäsen ja biologian tohtori Tiina Sävilammi kertoo. ”Ehkä huomataan myös, kykeneekö malli erottamaan toisistaan vaikkapa IBD:n ja ärtyneen suolen oireyhtymän.”.”Tai mikä yleensä aiheuttaa dysbioosia suolistossa. Myös suolistomikrobiston yhteys esimerkiksi metaboliseen oireyhtymään ja Cushingin oireyhtymään on kiintoisa selvitettävä. Niin ikään hevosen ikä vaikutti mikrobiston koostumukseen.”.Sävilammi tarvitsisi kipeästi avausnäytteitä hevosista, jotka on lopetettu IBD-potilaina. ”Nähtäisiin esimerkiksi, kuinka hyvin pystytään havaitsemaan eri suoliston osissa sijaitseva IBD.”.Kun kahdensadan sellaisen bakteerilajin esiintyvyydet, jotka eniten erosivat sairaiden ja IBD-hevosten välillä, oli syötetty tietokoneelle, tietokonemallin avulla pystyttiin ennustamaan IBD jopa 100-prosenttisesti. Tässä vaiheessa voidaan sanoa, että IBD:n todennäköisyys kasvaa, kun lantanäytteestä löytyy tietyt bakteerit tietyssä suhteessa..Kuten Sävilammi sanoo, IBD:n alkusyytä ei tiedetä, eikä lainalaisuuksia rinnakkaisdiagnooseista tunneta. Tässä vaiheessa näitä asioita voi vain arvailla. Sekään ei ole täysin selvää, onko IBD esiintynyt hevosilla aiemminkin yleisenä, kenties aina, mutta jäänyt vain huomaamatta..IBD:n eri muotojen esiintyvyys vaikuttaa vaihtelevan maittain. Suomalaisilla hevosilla haasteita voi tuottaa Suomen ilmasto: kertaa vuodessa tapahtuva suuri ruokavalion muutos hevosten siirtyessä laidunkaudelle keväällä ja pois sieltä taas syksyllä. Siirtyminen kuivaheinä- ja väkirehupohjaisesta sisäruokinnasta ulkokauden ruohoruokinnalle, ja toisin päin, jättää toipumiselle vain vähän aikaa, ja tämä tapahtuu monta kertaa hevosen elämässä..Ruokavalio muuttuu luonnonolosuhteissakin, ruohon kuivuessa talveksi, mutta muutos ei ole lähimainkaan niin äkillinen ja suuri kuin talliolosuhteissa..Hevosten nykyiset elinolosuhteet edesauttavat erilaisia autoimmuunihäiriötiloja. Sekään ei ole täysin selvää, onko IBD esiintynyt hevosilla aiemminkin, kenties aina, mutta jäänyt vain huomaamatta. Vaikka Sävilammi toteaa sen, minkä usein kuulee, eli että kipeitä hevosia on voinut olla ennenkin, niitä ei ole vain ehkä huomattu, hän lisää, että todellisuudessa IBD:n esiintyvyyttä ja tarkkaa arviota sen yleisyydestä hevoskannassa ei tunneta.Ihmisten ja koirien IBD-tapauksissa suolistosta on löydetty kalprotektiini-proteiinia, joka oli niillä selkeä markkeri tulehduksen läsnäolosta. Hevosilla kyseisen proteiinin kertyminen suolenseinämän soluihin vihjaa pikemminkin kaviokuumeen läsnäolosta, mutta pidettiin mahdollisena, että se liittyy myös IBD:ään. Tässä tutkimuksessa tämän proteiinin pitoisuutta tutkittiin, mutta sen ei havaittu korreloivan hevosten IBD:hen lopulta lainkaan..Tutkimuksessa oli myös terveiden, IBD-vapaiden, hevosten muodostama kontrolliryhmä..Sekä terveet, että IBD-hevoset olivat usein ylipainoisia. 25,6 prosenttia oli lihavia ja 5,1 prosenttia erittäin lihavia. Vain 7,7 prosenttia IBD-hevosista oli hoikkia, eikä tutkimukseen kuulunut yhtäkään hyvin hoikkaa yksilöä..Kolme omistajaa neljästä raportoi hevosillaan kipukäyttäytymistä, 62 prosenttia alentunutta suorituskykyä ja 53,7 prosenttia aggressiivista käyttäytymistä. 29,3 prosentilla oli vakavia tai melko vakavia ongelmia ratsastettuna..40 prosentilla IBD-hevosista oli muitakin terveysongelmia: mahahaavaa tai Cushingin tautia siinä missä kontrolliryhmäläisissä näitä esiintyi 28 prosentilla. 54,5 prosentilla IBD-hevosista oli hampaissaan kariesta, verrattuna 33 prosenttiin terveissä hevosissa..Tutkimusta jatketaan ja jatkolle haetaan parhaillaan rahoitusta. Parhaillaan käynnissä on tutkimus, jossa kehitetään menetelmää, jolla voidaan selvittää suoliston bakteerien lisäksi myös muiden mikrobistoon kuuluvien eliöiden, kuten sienten ja virusten, yleisyyttä terveissä ja IBD-hevosissa sekä mikrobiston funktioita kuten antibioottiresistenssiä ja kuitujen hajotuskykyä..Aikaa tulee vielä menemään, ennen kuin IBD:n salaisuus murretaan..Sävilammin ja hänen ryhmänsä tutkimuksessa ei tutkittu sitä, minkälainen ravinto sopisi IBD:n välttämiseen, mutta sen Sävilammi toteaa, että ”purkissa ei voi ostaa onnea”. Niin houkutteleva kuin tällainen ajatus olisikin..IBD on mitä suurimmalla todennäköisyydellä osittain elintaso- ja elämäntapasairaus..”Maalaisjärki vihjaa, että jotain tekemistä sillä todennäköisesti on nykyisillä elintavoilla, jotka ovat kaukana lajityypillisistä ja luonnonmukaisista olosuhteista ja jossa ravinto on erittäin prosessoitua”, Sävilammi pohtii..”Yksinkertainen on kaunista hevosen ruokinnassa. Siitä ne pieneliötkin pitävät.”.Animals -lehdessä 18.8.2024 julkaistuun Gut Microbiota Profiling as a Promising Tool to Detect Equine FINEBIOME (Finnish Equine Microbiome) (IBD) -tutkimusryhmään kuuluvat Tiina Sävilammi Jyväskylän ja Turun yliopistosta, Rinna-Riikka Alakangas ja Silva Uusi-Heikkilä Jyväskylän yliopistosta ja Tuomas Häyrynen Laukaan hevossairaalasta.

Tekoälystä apua IBD:n ennustamisessa – "Yksinkertainen on kaunista hevosen ruokinnassa, siitä ne pieneliötkin pitävät"

Aiheeseen liittyvää