به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، روده انسان شامل صدها گونه میکروبی است که یک شبکه متابولیک پیچیده و وابسته به هم را تشکیل می‌دهند. بیش از نیمی از متابولیت‌های مصرف شده توسط میکروب‌های روده، محصولات جانبی متابولیسم میکروبی هستند که ضایعات یک گونه، به عنوان مواد مغذی برای سایر گونه‌ها عمل می‌کند. وابستگی متقابل گونه‌ها می‌تواند میکروارگانیسم‌ها را در برابر انقراض محلی آسیب‌پذیر کند، مگر اینکه گونه‌های جایگزین برای پر کردن آن جایگاه در دسترس باشند. در این زمینه، داشتن گونه‌های اضافی با توانایی عملکردی در تولید یا مصرف مواد مغذی یکسان برای میزبان مفید است. در‌حالی‌که به طور‌کلی پذیرفته شده است که توانایی عملکردی بالا، یک ویژگی میکروبیوم‌های روده انسان است، تأثیرات آن بر سلامت انسان در فعل و انفعالات متابولیکی تا حد زیادی مشخص نیست. بازگرداندن تنوع گونه‌های میکروبی در تغذیه متقابل بیانگر یک موضوع منطقی است اما هنوز تا حد زیادی ناشناخته برای مبارزه با طیف گسترده‌ای از بیماری‌های مرتبط با میکروبیوم نامتعادل روده است. مدل‌های مکانیکی که متابولیسم میکروبی را در مدل‌های آزمایشگاهی شبیه‌سازی می‌کنند، این نوید را می‌دهند که شکاف دانش را در مورد تعاملات متابولیک میکروبی پر کنند. مدل‌های متابولیکی در مقیاس ژنوم (GEMs) مبتنی بر پایگاه‌های اطلاعاتی جامع‌تر هستند که ژن‌ها را به فرآیندهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی پیوند می‌دهند. این مدل‌ها برای تخمین تبادلات متابولیک بین جفت گونه‌های باکتریایی برای بیش از یک دهه مورد استفاده قرار گرفته‌اند. پیشرفت‌ها در بازسازی GEMs14 و در دسترس بودن GEM‌های تنظیم‌شده دستی برای هزاران میکروارگانیسم روده، راه را برای ساخت مدل‌های متابولیک برای جوامع پیچیده میکروبی هموار کرده است. پیشرفت‌های روش‌شناختی اکنون امکان مدل‌سازی تعاملات بین گونه‌های مختلف را فراهم می‌کند، و یک گردش کار اخیراً توسط محققان انجام شده که امکان بازسازی مدل‌های متابولیک را مستقیماً از مجموعه داده‌های متاژنوم در مقیاس بزرگ می‌دهد. مطالعات با استفاده از مدل‌های متابولیک در سطح جامعه ده‌ها تا صدها تبادل متابولیکی متفاوت را در میکروبیوم روده مرتبط با دیابت نوع 2 و بیماری التهابی روده در مقایسه با افراد سالم پیدا کرده‌اند. روشی برای رتبه‌بندی این فعل و انفعالات متابولیک بر اساس یک چارچوب مبتنی بر بوم‌شناسی، فرصتی برای ایجاد فرضیه‌های هدفمند در زمینه پیوندهای مکانیکی بین میکروبیوم روده و بیماری‌ها فراهم می‌کند. در اینجا، محققان یک سیستم امتیازدهی تبادل متابولیت‌ها را معرفی کرده‌اند که از مدل‌های متابولیکی در مقیاس متاژنوم مشتق شده است، که برای شناسایی برهم‌کنش‌های تغذیه متقابل میکروبی که بیشترین تأثیر را در بیماری دارند، طراحی شده است. دانشمندان چارچوب مفهومی خود را به مجموعه داده یکپارچه ای از 1661 متاژنوم مدفوع در دسترس عموم، شامل 15 کشور و 11 فنوتیپ بیماری، اعمال نموده‌اند. این چارچوب هر دو ارتباط شناخته شده و جدید میکروبیوم-بیماری را شناسایی کرد، از جمله ارتباط بین سرطان کولورکتال و متابولیسم میکروبی، ارتباط بین روماتیسم مفصلی با ریبوسیل‌نیکوتین‌آمید مشتق شده از میکروب، و ارتباط بین بیماری کرون و باکتری های خاصی که سولفید هیدروژن را متابولیزه می‌کنند. سیستم امتیازدهی می‌تواند به کمیت و شناسایی اختلالات وابسته به زمینه در تعاملات میکروبی کمک کند، که ممکن است هدف داروهای مبتنی بر میکروبیوم باشد. هرچه گونه‌های متنوع در روده بیشتر باشد، برای سلامتی بهتر خواهد بود. اکنون یک تیم تحقیقاتی راهی برای تعیین اینکه کدام گونه‌های باکتری روده مهم هستند و چگونه برای ایجاد یک میکروبیوم سالم با هم تعامل دارند، یافته‌اند. درک این روابط دری را به روی دنیای جدیدی از فرصت‌های پزشکی برای شرایطی از بیماری التهابی روده گرفته تا عفونت‌ها، بیماری‌های خودایمنی و سرطان‌ها باز می‌کند. محققان این تیم تحقیقاتی سال‌های طولانی را صرف مطالعه میکروبیوم روده و بررسی این موضوع کرده‌اند که کدام گونه‌ها چه عملکردی دارند. به گفته محققان اکنون می‌توان نه تنها آنچه را که در روده وجود دارد، بلکه نحوه تعامل میکروب‌ها و تأثیر آن بر کل بدن را نیز ترسیم کرد.

یک جامعه متنوع میکروسکوپی

محققان این تیم تحقیقاتی ذکر کردند تقریباً 1000 گونه باکتری مختلف در یک روده سالم وجود دارد – این یک جامعه چند فرهنگی میکروسکوپی با بیش از یک تریلیون عضو منفرد است. همچنین، باکتری‌ها در میکروبیوم‌های ما به‌عنوان جوامعی وجود دارند که برای تولید و به اشتراک گذاشتن مواد مغذی کلیدی بین آنها به یکدیگر متکی هستند. محققان این مطالعه یک روش محاسباتی جدید برای درک این وابستگی‌ها و نقش آن‌ها در شکل‌دهی میکروبیوم خود ایجاد نمودند. این روش جدید درک عموم از میکروبیوم روده را افزایش داده و پایه‌ای برای گزینه‌های درمانی جدید فراهم می‌کند که به طور انتخابی جوامع میکروبی را بازسازی می‌کند. برای مثال، در بیماری کرون، این تیم تحقیقاتی اهمیت سولفید هیدروژن را تایید کردند. آنها کشف کردند که در بیماری کرون، محتمل‌ترین علت از بین رفتن باکتری‌هایی است که از سولفید هیدروژن استفاده می‌کنند، نه افزایش گونه‌های تولید کننده آن، همانطور که قبلاً تصور می‌شد. این مطالعه در Nature Communications منتشر شده است و محققان اظهار داشتند روش محاسباتی جدید در مطالعه جوامع میکروبی، برای ایجاد این روابط کلیدی است.

برهم‌کنش‌های کلیدی بین باکتری‌ها

محققان خاطر نشان کردند این مطالعه یک گام مهم در توسعه درمان‌های میکروبی پیچیده است. این رویکرد جدید به محققان امکان می‌دهد تا تعاملات کلیدی بین باکتری‌ها را شناسایی و رتبه‌بندی کنند و از این دانش برای پیش‌بینی راه‌های هدفمند برای تغییر جامعه استفاده کنند. این تیم تحقیقاتی همچنین در حال کار بر روی راه‌های جدیدی برای درمان و پیشگیری از بیماری با بازگرداندن اکولوژی میکروبی روده است. از طریق مشارکت بین مؤسسه تحقیقات پزشکی هادسون و BiomeBank، این بینش در ساختار جامعه فرصتی برای مداخله هدفمند با ترکیب‌های منطقی انتخاب شده از میکروب‌ها فراهم می‌کند.

حقایق میکروبیوم

بر اساس مطالعات میکروسکوپی تریلیون‌ها میکروب در داخل و روی سطح بدن انسان‌ها زندگی می‌کنند. مجموع آنها با هم میکروبیوم نامیده می‌شوند و برای سلامتی انسان و مبارزه با بیماری حیاتی هستند. از زمانی که میکروبیوم برای اولین بار در اواخر دهه 1990 شناسایی شد، دانشمندان بیش از 2000 گونه میکروبی را از بزرگترین میکروبیوم، در روده شناسایی کردند. پوست، مثانه و اندام تناسلی نیز دارای جمعیت میکروبیومی هستند. ترکیب میکروبیوم روده هر فرد منحصر به فرد است و بر متابولیسم، دستگاه گوارش، مغز و سیستم ایمنی بدن تأثیر می‌گذارد. دریک فرد سالم، میکروب‌های همزیست و بیماری‌زا در تعادل عمل می‌کنند. عدم تعادل بین میکروب‌های همزیست (به نفع انسان و میکروب‌ها) و میکروب‌های بیماری‌زا (عامل ایحاد بیماری) که به نام دیس‌بیوزیس شناخته می‌شود، عملکرد میکروب‌ها را مختل کرده و افراد را مستعد ابتلا به بیماری‌هایی مانند بیماری التهابی روده (IBD) و عفونت کلستریدیویدیس دیفیسیل می‌کند که باعث اسهال شدید، التهاب روده بزرگ یا کولیت می‌شود. این امید وجود دارد که به زودی در آستانه دوره جدیدی از مراقبت‌های بهداشتی باشیم که میکروبیوم را برای بهینه سازی سلامت انسان پرورش می‌دهد و بهینه می‌کند.

پایان مطلب./