System medicin

Våra huvudsakliga forskningsområden inkluderar exposomic och metabolomics tillämpningar inom biomedicinsk forskning och systemmedicin. Vi är särskilt intresserade av hur externa (t.ex. miljökemikalier) och interna (t.ex. tarmmikrobiom, metabolom, immunsystemets status) exponering påverkar livets hälsa och medierar risken för olika sjukdomar. En sådan djupgående förståelse för hälsa och sjukdom är avgörande om man ska implementera precisionsmedicin och för att förstå hur olika miljöfaktorer formar människors hälsa. De primära medicinska forskningsområdena har varit alkoholfri fettleversjukdom, metabola komorbiditeter vid psykotiska störningar, traumatisk hjärnskada och undersökningar av metabola störningar som föregår immunmedierade inflammatoriska sjukdomar som typ 1-diabetes och celiaki.
Vi är också intresserade av utvecklingen av nya beräkningsverktyg för studier av exposom och metabolom.

Vår forskning har finansierats av flera nationella och internationella finansiärer, inklusive Europeiska unionen, Vetenskapsrådet, National Institutes of Health (USA), Wellcome Trust (UK), Academy of Finland, Juvenile Diabetes Research Foundation (USA) och Human Frontiers Science Program. PI för Systems Medicine-teamet, professor Matej Orešič, samordnar för närvarande det nya Horizon Europe-projektet "Inflammation in human early life: targeting impacts on life-course health – INITIALISE" 

Här är fyra projektexempel från vår forskning:

Tidiga metabola störningar och exponering i progression till typ 1-diabetes och andra immunmedierade sjukdomar.
Studier av oss och andra tyder på att belysa komplex överhörning mellan miljö, tarmmikrobiom, metabola och immunsystemfaktorer i tidig progression till T1D. Våra senaste representativa publikationer om ämnet:

1. A. McGlinchey, et al. Prenatal exposure to perfluoroalkyl substances modulates neonatal serum phospholipids, increasing risk of type 1 diabetes. Environ Int 143, 105935 (2020).
2. P. Sen, et al. Quantitative genome-scale metabolic modeling of human CD4+ T-cell differentiation reveals subset-specific regulation of glycosphingolipid pathways. Cell Rep 37(6), 109973 (2021).
3. S. Lamichhane, et al. Dysregulation of secondary bile acid metabolism precedes islet autoimmunity and type 1 diabetes. Cell Rep Med, 100762 (2022).

Metabolomics databehandling
Typiska metabolomiska experiment kan producera stora mängder data. Bearbetning av sådana komplexa datamängder är ett avgörande steg som har stor inverkan på omfattning och kvalitet vid vilken metabolitidentifiering och kvantifiering kan göras, och därmed på den ultimata biologiska tolkningen av resultaten. Prof. Orešič initierade MZmine-projektet, som är ett av de mest populära mjukvarupaketen med öppen källkod för masspektrometribaserad metabolomikdatabehandling. Representativa publikationer:

1. T. Pluskal, et al. MZmine 2: Modular framework for processing, visualizing, and analyzing mass spectrometry-based molecular profile data, BMC Bioinformatics 11, 395 (2010).
2. R. Schmid et al. Integrative analysis of multimodal mass spectrometry data in MZmine 3. Nat Biotechnol (2023).

Metabolom och exposom vid fetma och dess metaboliska komorbiditeter.
På grund av dess snäva homeostatiska kontroll är det inte förvånande att förändrad lipidmetabolism har en global räckvidd som en patogen mekanism. Faktum är att förändringarna i lipidbiologin kan vara en viktig underliggande patogen koppling bland några av dessa störningar, vilket kan förklara samsjukligheterna relaterade till fetma och metabolt syndrom. Representativa publikationer:

1. H. K. Pedersen, et al. Human gut microbes impact host serum metabolome and insulin sensitivity. Nature 535, 376-381 (2016).
2. T. Hyötyläinen, et al. Genome-scale study reveals reduced metabolic adaptability in patients with non-alcoholic fatty liver disease. Nat Commun 7, 8994 (2016).
3. M. Masoodi, et al. Metabolomics and lipidomics in NAFLD: biomarkers and non- invasive diagnostic tests. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 18(12), 835-856 (2021).
4. P. Sen, et al. Exposure to environmental contaminants is associated with altered hepatic lipid metabolism in non-alcoholic fatty liver disease. J Hepatol 76(2), 283-293 (2022).
5. J. McGlinchey, et al. Metabolic signatures across the full spectrum of nonalcoholic fatty liver disease. JHEP Rep 4(5), 100477 (2022).

Biomarkörer för CNS- och psykiatriska störningar
Koncentrationsförändringar av specifika grupper av metaboliter kan vara känsliga för patogent relevanta faktorer såsom genetisk variation, kost, ålder, immunsystemstatus eller tarmmikrobiota, och deras studie kan därför vara ett kraftfullt verktyg för att karakterisera komplexa fenotyper som påverkas av både genetiska och miljömässiga faktorer. Det finns en tydlig möjlighet att använda metabolomik för att identifiera nya cirkulerande biomarkörer för störningar i det centrala nervsystemet. Representativa publikationer:

1. S. Lamichhane, et al. Association Between Circulating Lipids and Future Weight Gain in Individuals With an At-Risk Mental State and in First-Episode Psychosis. Schizophr Bull 47 (1), 160-169 (2021).
2. M. Dickens, et al. Dysregulated lipid metabolism precedes onset of psychosis. Biol Psych 89 (3), 288-297 (2021).
3. I. Thomas, et al. Serum metabolome associated with severity of acute traumatic brain injury. Nat Commun 13(1), 2545 (2022).