كيف يؤثر ميكروبيوم الأمعاء على الصحة؟

يتكون ميكروبيوم الأمعاء من تريليونات من الميكروبات التي تلعب دورًا حيويًا ومهما للغاية في الحفاظ على صحتنا.

يمكن أن يُسهم أي خلل في توازن هذه الميكروبات في الإصابة بمجموعة متنوعة من الحالات الصحية، مثل مرض التهاب الأمعاء (IBD).

أداة مبتكرة

الآن، طوّر باحثو جامعة كاليفورنيا في سان دييغو أداةً جديدةً ومبتكرةً تُسمى coralME لفهم كيفية تفاعل هذه الميكروبات مع بعضها البعض ومع بيئتها وتأثيرها على الصحة بشكل أفضل.

تُنشئ هذه الأداة بسرعة نماذج حاسوبية مُفصّلة على مستوى الجينوم لعمليات الأيض والتعبير الجيني والبروتيني، وذلك من خلال كميات هائلة من البيانات.

تربط هذه "النماذج"، كما تُسمى، جينوم الميكروب بنمطه الظاهري، أو سماته.

يمكن لهذه النماذج الكشف عن كيفية استجابة الميكروبات لبعض العناصر الغذائية، بما في ذلك العناصر الغذائية التي تزيد من أعداد ميكروبات معينة وتُساهم في اختلال توازن الميكروبيوم، والعناصر الغذائية الأكثر ملاءمةً للميكروبات الموجودة عادةً في الأمعاء السليمة. بالإضافة إلى ذلك، تتنبأ الأداة بالعناصر الغذائية التي تُساعد على تكوين منتجات غير مرغوب فيها، مثل مسببات الحساسية أو السموم.

نُشرت الدراسة في مجلة Cell Systems.

وقال الدكتور كارستن زينجلر: "على سبيل المثال، نرى من النماذج أن الميكروب يحتاج إلى حمض أميني معين، لكنه لا يستطيع إنتاجه بنفسه، لذا فهو إما يحصل عليه من ميكروب آخر، أو من المضيف البشري، أو من النظام الغذائي الذي يتناوله".

وأضاف: "توفر هذه النماذج الجينومية المتطورة الأساس الميكانيكي لفهم سلوك الميكروبات في البيئات المعقدة".

باستخدام coralME، أنشأ الفريق 495 نموذجًا ميكروبيًا حيويًا لوصف أكثر أنواع الأمعاء شيوعًا، وهو أمر كان سيستغرق عقودًا أو حتى قرونًا لإتمامه يدويًا.

استخدم الباحثون هذه النماذج لمحاكاة كيفية تأثير الأنظمة الغذائية المختلفة على بكتيريا الأمعاء.

على سبيل المثال، وجدوا أن الأنظمة الغذائية منخفضة الحديد أو الزنك تسمح لبعض البكتيريا الضارة بالبقاء على قيد الحياة، بينما قد تعزز الأنظمة الغذائية الغنية ببعض المغذيات الكبرى بكتيريا مفيدة، وهي تأثيرات تغفلها النماذج الحسابية التقليدية.

صرح زنجلر بأن إدخال بيانات التعبير الميكروبي من مرضى حقيقيين مصابين بداء التهاب الأمعاء في النماذج كشف عن نشاط الميكروبات في الوقت الفعلي.

وأضاف: "هذا يوضح ما تأكله الميكروبات، والمنتجات التي تنتجها، وكيفية تفاعلها مع الميكروبات الأخرى ومع الجسم المضيف".

وجد الفريق أن مرضى داء الأمعاء الالتهابي يعانون من تغيرات في كيمياء الأمعاء، بما في ذلك ارتفاع مستويات الرقم الهيدروجيني (pH) (انخفاض الحموضة)، وانخفاض إنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة التي تحمي الأمعاء عادةً.

كما حددوا بكتيريا محددة وتفاعلات بين مجموعات البكتيريا المرتبطة بهذه التغيرات.

توفر أداة coralME طريقة سريعة وفعالة لتحويل البيانات الجينية المعقدة إلى تنبؤات ملموسة حول سلوك ميكروبات الأمعاء وكيف يُغير النظام الغذائي والمرض نشاطها.

يمكن أن تؤدي الرؤى المُكتسبة من النماذج إلى طرق جديدة لتشخيص وعلاج داء الأمعاء الالتهابي والعديد من الأمراض الأخرى التي تؤثر على الميكروبيوم، مع إمكانية استخدام علاجات مُخصصة لاستهداف أنشطة ميكروبية مُحددة.

قال زنجلر: "إذا استطعنا التنبؤ بدقة باستجابة الميكروبيوم لأي مرض، يُمكننا فهم العلاقة بين المرض والميكروبيوم وإيجاد علاج له".

وأضاف أن أداة coralME لها تطبيقات خارج نطاق الأمراض البشرية أيضًا، حيث يمكن استخدامها أيضًا لإنشاء نماذج للمجتمعات الميكروبية الموجودة، على سبيل المثال، في التربة، أو الحيوانات الأخرى، أو في المحيط.