Микробиоту человека в последние годы активно изучают благодаря новым технологиям. Команда исследователей под руководством Софьи Цветиковой систематизировала огромный массив клинических данных о микробиоте, ранее разрозненно хранившийся в открытых источниках и у отдельных исследователей. Это и дало начало сервису Novabiom.
Созданная база данных впервые представляет особенности микробиома при различных заболеваниях и методы его коррекции, что открывает новые возможности для персонализированной медицины.
Руководитель отдела микробиологии Novabiom, к. б. н. Софья Цветикова рассказала, как она пришла в микробиологию, как определила главную проблему отрасли и каким видит решение.
Софья Цветикова, к. б. н., микробиолог, руководитель отдела микробиологии Novabiom
— Софья, расскажите, пожалуйста, как вы пришли в микробиологию?
— Я с детства хотела быть биологом. Но не знала, каким именно, так что на биологический факультет СПБГУ я поступила, абсолютно не понимая, чем именно мне интересно заниматься. Изначально я склонялась к работе с животными. Собиралась ездить в экспедиции по лесам, по тропикам. У меня была мечта побывать в саваннах и посмотреть на гепардов. Но потом мы поехали на летнюю полевую практику на Белое море. И мне это безумно не понравилось. Было очень холодно, мокро, и из-за этого мне совершенно не интересны были все эти морские существа. Я хотела в лабораторию, в более спокойную обстановку, где тепло и сухо. Так я поняла, что хочу стать лабораторным, как говорят, «мокрым биологом».
— Почему «мокрым»?
— Есть такие выражения: «мокрые биологи», «сухие биологи» и «полевые биологи». Полевые работают «в полях», это, например, ботаники и зоологи. «Мокрые» биологи работают в лаборатории как микробиологи и молекулярные биологи. А есть «сухие» биологи, они работают с данными.
Софья предпочла стать «мокрым биологом» и работать в лаборатории
— Как вы почувствовали, что это — ваше?
— С одной стороны, микробиология подошла моему темпераменту. Я люблю углубиться в изучаемую тему, мне нравится сам процесс поиска причин различных явлений, наблюдаемых у микроорганизмов. И в то же время многообразие бактерий поражает моё воображение. Это совершенно другая форма жизни, существовавшая на планете намного раньше нас и тем не менее создавшая симбиоз с нашим организмом.
— Почему вас заинтересовала именно связь бактерий и человека?
— В бакалавриате один из проектов был связан с антарктическими цианобактериями, и я задумалась, насколько хорошо микроорганизмы адаптируются к изменяющимся условиям среды. Потом было ещё много разных проектов, где мы изучали пробиотики и вещества, синтезируемые бактериями. Для меня в каком-то смысле сосуществование бактерий с человеком — это лишь один из примеров сложного и многогранного взаимодействия бактерий.
— Случались ли кризисные моменты, когда казалось, что ничего не получится?
— Конечно, но всегда находились причины продолжать. Думаю, когда тяжело, то главное не останавливаться, а продолжать делать хотя бы небольшие шаги. А ещё мне повезло, что, какие бы проблемы ни возникали, я всегда могла вдохновиться тем, чем занимаюсь.
Вдохновение, по мнению Софьи, — одна из главных движущих сил в работе
— Можете ли назвать главную, на ваш взгляд, проблему в микробиологии?
— Вопрос очень широкий, поэтому я сокращу его до узкой области исследования микробиома человека. Когда я начинала работать, очень не хватало баз, которые бы агрегировали данные между разными коллективами по миру. Обычно у каждого коллектива, который занимается микробиологией, есть огромный банк собственных данных. Но между разными коллективами по миру, даже внутри одной страны, они зачастую не передаются. Это порождает дефицит единых баз данных, особенно в узких областях.
По микробиоте базы были очень скудные, видно, что даже если их и заводили, то не заполняли по несколько лет. Либо они содержали большой объём, но были абсолютно не системны в описании данных. Поэтому нашей первой задачей, нашей идеей было сначала просто собрать нормальную и качественно аннотированную базу данных.
— То есть Novabiom начался с создания базы данных?
— Да. И на первых порах мы испытывали здоровый скепсис, не знали, получится ли собрать всё, что мы хотим. Но нам повезло: появилась возможность создать не только базу данных, а продукт, который могут применять на практике как врачи, так и потребители.
— Как составлялась база данных?
— Первой нашей задачей было как раз сформировать стандарты отбора исследований, затем мы заполняли свою базу данных. Туда вносили обезличенные данные каждого человека: его особенности — пол, возраст, особенности течения заболевания и соответствующие ему данные микробиоты, максимальную информацию, которую можно получить из описания исследования.
Далее уже разрабатывались алгоритмы машинного обучения, определялись нормы представленности бактерий для российской популяции. На самом деле, сейчас сервисы Novabiom работают на нескольких связанных базах, каждая из которых отвечает за свой аспект: от особенностей состава микробиома при заболеваниях до частных методов его изменения.
— Как на этой основе удалось создать большую биотехнологическую компанию, которая развивает сервис для врачей и пользователей? И сложно ли было?
— Многое определяется везением. Нам повезло найти бизнес-ангела, который впоследствии стал нашим генеральным директором. Повезло собрать совет экспертов в области науки и реальной медицины, которые нас вдохновляют и направляют. Повезло собрать команду людей, которые не боятся сложных задач. Конечно, было много стресса и неопределённости на ранних стадиях, но я вижу рост нашей компании и пользу, которую мы уже приносим, и всё это имеет огромный смысл.
Софья Цветикова с доктором Еленой Пшинник
— Как первые пользователи восприняли сервис?
— Первыми пользователями, конечно, были сотрудники компании. Мы сами сдали тест, чтобы «прочувствовать» пользовательский путь, найти какие-то ошибки — картинка где-то не вывелась или курьер приехал не туда. Разные были курьёзы.
Дальше мы пошли к нашим партнёрам, которые на деле были нашими хорошими знакомыми, но уже из врачебного сообщества. Собирали обратную связь от них, совершенствовались.
Сейчас сама технология известна более широко, пациенты и врачи относятся к ней с интересом, и есть конкретные ожидания от нашего продукта, которые мы стараемся удовлетворять. Чаще всего к нам обращаются гастроэнтерологи и эндокринологи, пациенты с запросом на коррекцию питания.
— Вы говорите, что сервис полезен как для специалистов в сфере здравоохранения, так и для конечных потребителей? Что они получают?
— Здесь важная оговорка: сегодня мы предоставляем информационную услугу интерпретации состава микробиома с применением алгоритмов машинного обучения. Мы не лечим и не назначаем лечение. Поэтому чаще всего к нам обращаются в нестандартных ситуациях, когда понимают, что конкретный случай может быть связан со здоровьем кишечника и микробиомом. Мы помогаем расшифровать информацию о микроорганизмах, вывести понятные показатели состояния микробиома: этому пока редко учат в медицинских университетах и на отдельных курсах повышения квалификации.
В дополнение к этому мы показываем, какие изменения в питании или приёме биологически активных добавок помогали корректировать микробиом в похожих ситуациях, на основании научных статей. Эти рекомендации не содержат ничего сверхъестественного, но в этом их главное преимущество — вы видите свою микробиоту и знаете, какими конкретными понятными методами можно на неё повлиять. Главным образом это питание, но также могут помочь биологически активные добавки и пробиотики.
— Можете рассказать самые необычные факты о бактериях?
— Их очень много! Например, есть бактерии, которые накапливают в себе глыбки железа. У других дыхание происходит через серу (сульфаты). Мы дышим кислородом, а бактерии могут дышать серой. Есть и другие особенности. И это всё ещё большой неизученный мир для нас.
Есть огромное количество бактерий, которые трудно поддаются культивированию и ещё не были получены в лабораторной культуре. Мы знаем о них очень мало, чаще всего это только отдельные фрагменты генома, иногда — понимание, что они могут быть ассоциированы с каким-то процессом или состоянием здоровья, но без детального описания механизма. То есть культивируемых и хорошо изученных бактерий вообще очень мало по сравнению с их полным разнообразием, но и на этой верхушке айсберга мы можем найти много удивительного!
По словам Софьи, мир бактерий для нас всё ещё остаётся большим и неизученным
— Каковы современные тенденции в исследованиях микробиоты?
— Очень интересная тема — анализ функциональных групп микроорганизмов. Исследователи пытаются не просто найти уникальную бактерию, которая обладает какой-то ролью, а определить механизм, через который целые группы бактерий влияют на какой-то процесс. Например, есть группа бактерий, которые синтезируют газы в кишечнике. Есть группа бактерий, которые, наоборот, разрушают эти газы. Есть бактерии, которые могут разрушать муциновый слой.
Вычислить эти группы можно при помощи больших данных, используя данные геномного анализа и других методов изучения бактерий. Это отдельная большая задача. Искусственный интеллект здесь может быть применён в контексте поиска таких функциональных групп и их идентификации.
Сейчас мы применяем искусственный интеллект, чтобы предсказать связь микробиоты с отдельными заболеваниями. Мы оцениваем сходство микробиоты наших клиентов с профилем микробиоты, характерным для 11 разных заболеваний, а также определяем биологический возраст человека — какому возрасту соответствует его микробиом, иногда выявляем преждевременное старение микробиома.
Это новый виток исследований, поиск связи микробиома со здоровьем человека. Надо сказать, результаты многообещающие, и часто такие алгоритмы позволяют идентифицировать больше значимых микроорганизмов, чем другие методы анализа.
— Над чем вы сейчас работаете в компании, помимо расширения и обновления базы данных? Что ждёт пользователей сервиса Novabiom?
— Мы постоянно обновляем и расширяем наши базы данных. Это происходит за счёт растущего потока клиентов и постоянно публикуемых результатов научных исследований.
Мы и сами работаем над научными проектами с нашими ключевыми партнёрами — в ближайшее время должны быть опубликованы научные статьи с результатами, обязательно об этом расскажем подробнее, когда выйдут.
Помимо сбора данных, мы также совершенствуем систему рекомендаций, делаем её более комфортной для человека. Недавно завершили блок работ по созданию генератора меню, чтобы человек получал не просто списки продуктов, а конкретные примеры блюд, которые можно из них приготовить. Об остальных вещах пока не буду рассказывать, гораздо приятнее говорить о результатах, чем об идеях.
