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.