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机器学习与因果推断结合!揭示改变肠道菌群与胆汁酸代谢对新生儿黄疸的深远影响

挑圈联靠 • 1 月前 • 59 次点击  

大家好,欢迎来看今天的文献解读!今天我们要聊的是一项关于新生儿黄疸(NJ)的研究,它通过多组学数据和机器学习因果推断方法,揭示了肠道菌群和胆汁酸代谢的变化与新生儿黄疸之间的关系。你有没有想过,肠道里的小细菌竟然能对新生儿的健康产生如此大的影响?这项研究的结果可能会让你大吃一惊,甚至为临床决策提供新的思路哦!而且,这项研究的影响因子也不低,值得关注!

这项研究得到了国自然的资助,采用了两轮“发现-验证”的研究设计,涉及196名新生儿的肠道微生物组与代谢组的关联分析。通过机器学习和因果推断的方法,研究者们不仅识别了与新生儿黄疸相关的肠道菌群和代谢物,还探讨了它们与总胆红素水平之间的潜在因果关系。这些发现可能为新生儿黄疸的早期预测提供重要的生物标志物。

题目:Machine learning-causal inference based on multi-omics data reveals the association of altered gut bacteria and bile acid metabolism with neonatal jaundice

杂志:Gut Microbes



在这篇文章中,有几个非常值得注意的亮点。首先,作者通过多组学的方法,首次将肠道微生物组与代谢组结合,深入探讨了与新生儿黄疸相关的关键菌群和代谢物。这种方法的创新性使得研究结果更具可信度。此外,研究发现与新生儿黄疸相关的肠道菌群与胆汁酸代谢密切相关,强调了肠道菌群在生理和病理状态下的重要性。临床预测模型的构建也为新生儿黄疸的早期识别提供了新的思路和工具。

数据来源

这项研究的数据来源于对98名新生儿黄疸(NJ)和98名健康对照(HC)新生儿的样本分析。在发现阶段,研究者对68名NJ和68名HC新生儿的粪便样本进行了16S rRNA基因测序和液相色谱-质谱联用(LC-MS/MS)分析,以确定肠道微生物组和代谢组的组成。在验证阶段,进一步对30名NJ和30名HC新生儿的样本进行了分析。所有样本均在伦理委员会批准的情况下收集,且父母均提供了知情同意书。

希望大家喜欢今天的分享,期待在下次的文献解读中再见!


研究设计与样本收集

在本研究中,图1展示了研究设计的整体流程,包括参与者的选择和样本收集的过程。研究共纳入了98例新生儿黄疸(NJ)患者和98例健康对照(HC)新生儿,分为发现阶段和验证阶段。在发现阶段,研究者收集了68例NJ新生儿和68例HC新生儿的初始粪便样本,并进行了16S rRNA基因测序及液相色谱-质谱联用(LC-MS/MS)分析,以获取肠道微生物和代谢组的组成。这一流程的设计,使得研究者能够系统地评估肠道微生物与新生儿黄疸之间的关联,增强了研究结果的可靠性和可重复性。

肠道微生物多样性与新生儿黄疸

图2通过比较NJ组和HC组的新生儿临床表型、粪便微生物多样性以及分子生态网络(MENs)的构建,揭示了NJ组的新生儿肠道微生物相对贫乏的特点。结果显示,NJ组的新生儿在微生物多样性方面显著低于HC组,表现为Shannon指数的明显下降。这一发现强调了肠道微生物多样性在新生儿黄疸中的重要性,并为后续的因果关系分析提供了重要的线索。

此外,图3展示了NJ相关的肠道微生物和代谢物通过PLSDA分析能够有效区分NJ组与HC组。Procrustes分析进一步表明NJ相关的肠道微生物组成与代谢物组成之间存在强相关性。这些结果表明,肠道微生物及其代谢物在新生儿黄疸的发生发展中具有重要的区分能力,强调了多组学方法在揭示肠道微生物与代谢物之间复杂关系中的潜力。

肠道微生物、胆汁酸与临床表型的关联

图4展示了NJ相关的肠道细菌和胆汁酸与临床表型之间的相关性热图。结果显示NJ相关的胆汁酸与总胆红素(TBIL)水平显著负相关。这一发现揭示了肠道微生物与胆汁酸代谢之间的联系,并为临床上早期识别和管理新生儿黄疸提供了重要的理论依据。

随后,图5的因果推理分析显示肠道细菌通过影响胆汁酸水平,进而影响NJ及其相关临床指标。结构方程模型(SEM)的结果进一步验证了该因果模型的可靠性。这一发现为理解新生儿黄疸的发病机制提供了生物学基础,强调了调节肠道微生物群及其代谢产物在临床干预中的潜力。

最后,图6展示了通过Lasso机器学习方法筛选的重要变量,并构建了预测新生儿黄疸的临床模型。该模型在预测高风险个体方面具有显著的临床效果,为新生儿黄疸的早期识别提供了实用工具,提升了对高风险新生儿的筛查能力,并为未来基于肠道微生物的个体化治疗提供了可能的方向。

总结

这项研究通过结合多组学数据和机器学习方法,深入探讨了肠道菌群和胆汁酸代谢与新生儿黄疸之间的关系。研究团队分析了196名新生儿的样本,发现肠道微生物多样性显著低于健康对照组,并且与总胆红素水平有密切关系。采用因果推断分析,研究表明肠道细菌通过胆汁酸影响新生儿黄疸的相关指标,为早期预测提供了新的生物标志物。该研究的创新性方法和结果为临床决策提供了重要的参考,尤其是在新生儿黄疸的识别与管理方面。


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