ما العلاقة بين البكتيريا المعوية والإصابة بالأمراض؟
ترتبط العديد من الأمراض المرتبطة بالبكتيريا، مثل مرض التهاب الأمعاء أو سرطان القولون والمستقيم، بفرط نمو البكتيريا المعوية التي يُعتقد أنها ضارة.
لكن عندما استخدم الباحثون خوارزمية التعلم الآلي للتنبؤ بكثافة الميكروبات - والتي تسمى الحمل الميكروبي، من ميكروبيوم الأمعاء لديهم، وجدوا أن التغيرات في الحمل الميكروبي، وليس المرض، يمكن أن تكون المحرك وراء وجود الأنواع الميكروبية المرتبطة بالمرض.
أفاد الباحثون في تقرير نشر في مجلة Cell أن الاختلافات في الحمل الميكروبي للمريض، والتي وجد أنها تتأثر بعوامل تتراوح بين العمر والجنس والنظام الغذائي وبلد المنشأ واستخدام المضادات الحيوية، كانت عاملًا رئيسيًا للتوقيعات البكتيرية في عينات البراز.
وبحسب موقع ميديكال إكسبريس، يقول بير بورك من مختبر الأحياء الجزيئية الأوروبي (EMBL) هايدلبيرج، أحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة: "لقد فوجئنا عندما وجدنا أن العديد من الأنواع الميكروبية، التي كان يُعتقد سابقًا أنها مرتبطة بالمرض، يمكن تفسيرها بشكل أقوى من خلال التغيرات في الحمل الميكروبي".
وأضاف: "يشير هذا إلى أن هذه الأنواع مرتبطة بشكل أساسي بأعراض مثل الإسهال والإمساك، بدلًا من ارتباطها بشكل مباشر بحالات المرض نفسها".
لقد تم التعرف منذ فترة طويلة على الحمل الميكروبي كعامل مهم في أبحاث الميكروبيوم، ولكن التحليل واسع النطاق كان محدودًا إلى حد كبير بسبب التكلفة العالية والطبيعة المكثفة للعمالة للطرق التجريبية، والتي تغلب عليها الباحثون باستخدام نهج التعلم الآلي.
لقد طوروا نموذج تنبؤ للحمل الميكروبي البرازي بناءً على التركيب النسبي للميكروبيوم وقاموا بتطبيقه على مجموعة بيانات ميتاجينومية واسعة النطاق لاستكشاف اختلافها في الصحة والمرض.
يقول مايكل كون، من المختبر الأوروبي للبيولوجيا الجزيئية والمؤلف الرئيسي الآخر في الدراسة: "إن قياس الحمل الميكروبي في عينات البراز يتطلب الكثير من الجهد، وكنا سعداء بالوصول إلى مجموعتين كبيرتين من البيانات الجينومية حيث تم قياس الحمل الميكروبي تجريبيًا".
وأضاف: "من خلال نهجنا، نريد تعميم هذه البيانات لصالح المجال الأكبر، وباستخدام الأدوات التي نوفرها، يمكن التنبؤ بالحمل الميكروبي لجميع دراسات ميكروبيوم أمعاء الإنسان البالغ".
تتكون مجموعات البيانات التي أنشأها الفريق للبحث من آلاف من الجينومات الوراثية والحمولة الميكروبية المقاسة تجريبيًا في مشروع GALAXY (محور الأمعاء والكبد في تليف الكبد الكحولي) ومشروع MicrobLiver التابع لمؤسسة نوفو نورديسك.
كما استخدموا أيضًا بيانات الجينومات الوراثية والحمولة الميكروبية من مجموعة سكانية دراسة MetaCardis التي كانت متاحة للجمهور سابقًا.
بالنسبة لمجموعات البيانات الاستكشافية، استخدموا عشرات الآلاف من الجينومات الوراثية من دراسات سابقة بما في ذلك مجموعات سكانية من اليابان وإستونيا.
يعترف الفريق بوجود قيود على العمل، ونظرًا لأن التحليل كان يعتمد فقط على الارتباطات، لم يتمكنوا من تحديد اتجاه واضح للسببية، ولم يتمكنوا من تقديم رؤى آلية.
بالإضافة إلى ذلك، فإن الطريقة التي تم تطويرها تنطبق فقط على ميكروبيوم الأمعاء البشرية، وهناك حاجة إلى مجموعات بيانات تدريبية مختلفة للتنبؤ بالحمل الميكروبي في الموائل الأخرى.
وسوف تركز الأبحاث المستقبلية على الأنواع الميكروبية التي ترتبط بشكل مباشر بالأمراض، بغض النظر عن الحمل الميكروبي، لفهم أدوارها بشكل أفضل في مسببات الأمراض واستخدامها المحتمل كمؤشرات حيوية.
بالإضافة إلى ذلك، فإن تكييف نموذج التنبؤ هذا مع بيئات أخرى، مثل ميكروبيوم المحيطات والتربة، من شأنه أن يوفر رؤى إضافية حول علم البيئة الميكروبية على نطاق عالمي.
