Выявляй молекулярные следы загрязнения

Они могут появляться за несколько лет до развития рака лёгких. Учёные проанализировали образцы крови 1357 человек, у которых на момент исследования не было онкологических заболеваний.

Исследователи сопоставили уровень воздействия загрязнённого воздуха с изменениями в составе метаболитов — небольших молекул, отражающих обмен веществ. Оказалось, что у людей, подвергавшихся более высокому загрязнению, уже за годы до постановки диагноза наблюдались характерные нарушения.

Они связаны с хроническим воспалением, окислительным стрессом, процессами детоксикации и энергетическим обменом. Ранее эти изменения связывали с повышенным риском рака лёгких.

Авторы исследования подчёркивают, что полученные результаты особенно важны для людей, которые никогда не курили. Хотя курение остаётся главным фактором риска, значительная часть случаев рака лёгких развивается именно у некурящих.

Существующие программы скрининга в основном ориентированы на людей с большим стажем курения. Это означает, что многие пациенты с повышенным риском сегодня остаются вне поля зрения врачей.

Выявленные изменения пока нельзя использовать для диагностики заболевания. Однако в будущем они могут стать основой для создания анализа крови, который позволит выявлять людей с повышенным риском рака лёгких задолго до появления симптомов.

Это позволяет моделировать новые лекарства с применением малых молекул. Однако российские учёные решили проверить точность таких предсказаний, особенно для молекул, которые могут изменять свой заряд в зависимости от кислотности среды.

«Чтобы создать новое лекарство, учёным нужно понять, как молекула будущего препарата свяжется с белком в организме», — рассказал «МК» один из авторов исследования, заведующий лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ Иван Гущин. Современные нейросети обещают решать эту задачу быстро — за несколько часов или даже минут.

Но есть проблема: искусственный интеллект не учитывает электрический заряд молекул. Многие вещества в живых организмах могут менять свой заряд в зависимости от среды: быть нейтральными, заряженными положительно или отрицательно.

От этого зависит, будет ли лекарство действовать на нужную мишень. Тесты показали, что даже для хорошо изученных простейших молекул нейросети дают несогласованные результаты.

Учёные протестировали четыре популярных модели: AlphaFold 3, Boltz-2, Chai-1 и Protenix-v1. В качестве тестовых объектов взяли метиламин — производное от аммиака, которое применяется в производстве лекарственных средств, включая антидепрессанты, анальгетики и противовоспалительные препараты, а также уксусную кислоту.

Оказалось, что нейросети анализируют эти молекулы, не учитывая их заряд. Особое беспокойство у авторов работы вызвала геометрия предсказанных структур.

Длины химических связей в молекулах оказались систематически короче реально возможных, вплоть до абсурдных значений. Например, одна из программ «сжимала» связь до 0,0075 нанометра, хотя даже по самым скромным меркам она должна быть минимум в десять раз длиннее.

Это говорит о том, что нейросеть не до конца понимает элементарную химию и может генерировать молекулы с физически невозможной геометрией. Ни один из четырёх популярных методов явно не выделился по качеству предсказаний, добавил Иван Гущин.

Полученные от таких моделей результаты следует интерпретировать с осторожностью и стремиться улучшать их алгоритмы. При обучении нейросетей нужно учитывать, что молекулы могут менять свой заряд.

В течение девяти лет специалисты наблюдали за более чем 8 тысячами жителей Австралии в возрасте от 40 до 64 лет. Они анализировали риск развития хронических заболеваний у тех, кто регулярно выполнял только аэробные упражнения, только силовые тренировки или совмещал оба вида физической активности.

Выяснилось, что наиболее выраженный защитный эффект наблюдался у тех, кто сочетал кардио и силовые нагрузки. У участников, которые следовали рекомендациям по обоим видам активности, риск развития сахарного диабета 2 типа оказался ниже на 50 процентов, гипертонии — на 24 процента, а некоторых видов рака — на 23 процента по сравнению с людьми, которые практически не занимались спортом.

При этом учёные подчёркивают, что польза силовых упражнений выходит за рамки эффектов, которые обеспечивают одни лишь аэробные нагрузки. В рекомендациях по здоровому образу жизни обычно основной акцент делается на кардиотренировках, однако силовые упражнения не менее важны.

К ним относятся занятия с отягощениями, эспандерами или упражнения с собственным весом, например, приседания, отжимания и выпады.

Учёные изучили данные более 260 тысяч человек, за которыми наблюдали около 20 лет. Они сравнили, насколько хорошо ИМТ, окружность талии и соотношение талии к бёдрам предсказывают риск инфаркта, инсульта, сердечной недостаточности, фибрилляции предсердий и смерти от сердечно-сосудистых причин.

Оказалось, что у многих людей с нормальным ИМТ было опасное накопление жира в области живота, которое связано с повышенным риском заболеваний сердца. Например, среди людей с нормальным весом по ИМТ около 18 процентов имели повышенное соотношение талии к бёдрам.

У таких участников риск большинства сердечно-сосудистых заболеваний оказался на 15–50 процентов выше по сравнению с людьми, у которых жир не концентрировался в области живота. В то же время некоторые участники с ожирением по ИМТ, но без выраженного абдоминального ожирения, не демонстрировали более высокого риска по большинству изученных показателей.

Авторы исследования подчёркивают, что одного лишь расчёта ИМТ недостаточно для оценки здоровья. Висцеральный жир, который окружает внутренние органы брюшной полости, представляет наибольшую опасность, так как способствует хроническому воспалению, развитию диабета и болезней сердца.