Dalam penelitian kami yang baru-baru ini diterbitkan, tim kami menggunakan pembelajaran mesin untuk mengungkap informasi tersembunyi tersebut dan meningkatkan deteksi dini serta diagnosis infeksi.
Parasit penyebab schistosomiasis menyelesaikan siklus hidupnya di dua inang – pertama pada siput dan kemudian pada mamalia seperti manusia, anjing, dan tikus. Telur cacing air tawar masuk ke tubuh manusia melalui kulit dan beredar ke seluruh tubuh, merusak banyak organ, termasuk hati, usus, kandung kemih, dan uretra. Ketika larva ini mencapai pembuluh darah yang menghubungkan usus ke hati, mereka berkembang menjadi cacing dewasa. Mereka kemudian melepaskan telur yang dikeluarkan ketika orang yang terinfeksi buang air besar, sehingga melanjutkan siklus penularan.
Karena diagnosis saat ini bergantung pada pendeteksian telur dalam tinja, dokter biasanya melewatkan tahap awal infeksi. Pada saat telur terdeteksi, pasien sudah mencapai stadium penyakit lanjut. Karena tingkat diagnosis yang buruk, pejabat kesehatan masyarakat biasanya memberikan obat praziquantel secara massal kepada populasi di wilayah yang terkena dampak. Namun, praziquantel tidak dapat membasmi cacing muda pada tahap awal infeksi, juga tidak dapat mencegah infeksi ulang.
Schistosomiasis biasanya tidak terdiagnosis sampai penyakitnya berada pada tahap akhir.
DPDx/CDC
Penelitian kami memberikan jalan yang jelas untuk meningkatkan deteksi dan diagnosis dini dengan mengidentifikasi informasi tersembunyi dalam darah yang menandakan infeksi aktif pada tahap awal.
Tubuh Anda merespons infeksi schistosomiasis dengan meningkatkan respons imun yang melibatkan beberapa jenis sel imun, serta antibodi yang secara khusus menargetkan molekul yang dikeluarkan atau terdapat pada cacing dan telur. Penelitian kami memperkenalkan dua cara untuk menyaring karakteristik antibodi tertentu yang menandakan infeksi dini.
Yang pertama adalah pengujian yang menangkap profil respons imun secara kuantitatif dan kualitatif, termasuk berbagai kelas antibodi dan karakteristik yang menentukan cara mereka berkomunikasi dengan sel imun lainnya. Hal ini memungkinkan kami untuk mengidentifikasi aspek spesifik dari respons imun yang membedakan pasien yang tidak terinfeksi dengan pasien dengan penyakit stadium awal dan akhir.
Kedua, kami mengembangkan pendekatan pembelajaran mesin baru yang menganalisis antibodi untuk mengidentifikasi karakteristik laten respons imun yang terkait dengan stadium dan tingkat keparahan penyakit. Kami melatih model pada data profil kekebalan dari pasien yang terinfeksi dan tidak terinfeksi dan menguji model pada data yang tidak digunakan untuk pelatihan dan data dari lokasi geografis yang berbeda. Kami mengidentifikasi tidak hanya biomarker penyakit ini tetapi juga mekanisme potensial yang mendasari infeksi.
Mengapa itu penting
Schistosomiasis adalah penyakit tropis terabaikan yang mempengaruhi lebih dari 200 juta orang di seluruh dunia, menyebabkan 280.000 kematian setiap tahunnya. Diagnosis dini dapat meningkatkan efektivitas pengobatan dan mencegah penyakit parah.
Selain itu, tidak seperti kebanyakan metode pembelajaran mesin yang bersifat kotak hitam, pendekatan kami juga dapat ditafsirkan. Artinya, penelitian ini dapat memberikan wawasan tentang mengapa dan bagaimana penyakit ini berkembang lebih dari sekadar mengidentifikasi penanda penyakit dan memandu strategi masa depan untuk diagnosis dan pengobatan dini.
Apa yang masih belum diketahui
Tanda-tanda infeksi schistosomiasis yang kami identifikasi tetap stabil di dua wilayah geografis di dua benua. Penelitian di masa depan dapat mengeksplorasi seberapa baik biomarker ini dapat diterapkan pada populasi tambahan.
Lebih lanjut, penelitian kami mengidentifikasi mekanisme potensial di balik perkembangan penyakit. Kami menemukan bahwa respons imun tertentu terhadap protein spesifik pada permukaan cacing menandakan infeksi tahap peralihan. Memahami bagaimana sistem kekebalan merespons antigen yang belum banyak dipelajari ini dapat meningkatkan diagnosis dan pengobatan.
Apa selanjutnya
Selain meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana sistem kekebalan merespons berbagai tahap infeksi, temuan kami mengidentifikasi antigen utama yang dapat membuka jalan untuk merancang pendekatan diagnosis dan pengobatan yang hemat biaya dan efisien. Langkah kami berikutnya akan mencakup penerapan strategi ini di lapangan untuk deteksi dini dan pengelolaan penyakit.
Ringkasan Penelitian adalah ringkasan singkat tentang karya akademis yang menarik.
Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation oleh Trirupa Chakraborty dan Jishnu Das di Universitas Pittsburgh dan Aniruddh Sarkar di Institut Teknologi Georgia. Baca artikel aslinya di sini.