Чтобы помочь понять расщепление пищи в организме, команда из Окленда под руководством Лео Ченга разработала математические модели желудка и тонкой кишки – виртуального кишечника. В целом они нашли способы преодолеть проблемы при многомасштабном моделировании от клеточного до органного уровня электрофизиологических процессов, происходящих во время пищеварения.

Как и сердце, кишечник может страдать от аритмий. На клеточном уровне модели сейчас применяются по-разному: от исследования механизмов электростимулятора желудка до измерения влияния цирроза печени на электрическую активацию желудочно-кишечного тракта. На уровне органов исследования электрического картирования и моделирования высокого разрешения объединяются, чтобы обеспечить более глубокое понимание нормальной и аритмической электрической активации.

Эти захватывающие путешествия по кишечнику также позволяют провести детальные исследования моделирования на уровне «всего тела», что может иметь значение для диагностических методов желудочных аритмий и паралича (когда пища не проходит через желудок), и их лечения с помощью электростимуляторов или абляции, когда небольшое количество ткани уничтожается, чтобы помочь восстановить естественный ритм кишечника.

Команда также хочет принять во внимание серьезный сдвиг в понимании человеческого тела, который произошел пару десятков лет назад, когда интерес переместился от человеческих клеток к бактериям и другим микробным клеткам в кишечнике. Раньше считалось, что число этих пассажиров превышает численность наших собственных клеток в соотношении 10 к 1. Теперь мы знаем, что соотношение варьируется, но было подсчитано, что «эталонный мужчина» (весом 70 кг, возрастом 20–30 лет и ростом 1,7 м) содержит в среднем около 30 триллионов человеческих клеток и 39 триллионов бактерий, и каждая дефекация может изменить соотношение в пользу человеческих клеток, поскольку число бактерий падает на четверть или треть[489].

В кишечнике человека пасутся несколько тысяч штаммов бактерий. Некоторые из них связаны с болезнями, тогда как другие имеют благоприятные последствия. Удивительно, но, несмотря на наше близкое генетическое родство с обезьянами, микробиом кишечника человека больше похож на микробиом обезьян Старого Света, таких как павианы, чем на микробиом человекообразных обезьян, таких как шимпанзе[490]. Еще более удивительно то, что микробное содержимое кишечника может влиять на мозг и, возможно, даже на память[491].

Команда из Окленда использует лабораторные эксперименты, выращивает популяции бактерий в биореакторе, проводит метаболомический и биоинформатический анализ, а также разрабатывает математические и статистические методы для создания прогностических моделей, которые улучшат нашу способность понимать и манипулировать этими микробиомами. Чтобы разобраться в поразительной сложности микробной флоры и фауны, исследователи прибегают к использованию машинного обучения, чтобы выяснить, как меняются микробные популяции в кишечнике под влиянием изменения температуры, пищи или чего-то еще.