یادداشت
کشف آنتی بیوتیک‌های جدید در داخل روده انسان
روده انسان ممکن است منبع آنتی بیوتیک‌های جدید و قوی باشد.
امتیاز:
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، روده انسان به طور متوسط شامل حدود 100 تریلیون میکروب است که بسیاری از آن‌ها دائماً برای منابع محدود در حال رقابت هستند. سزار د لا فوئنته، استادیار دانشگاه در مهندسی زیستی و مهندسی شیمی و زیست مولکولی در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی ، روانپزشکی و میکروبیولوژی در دانشکده پزشکی پرلمن و شیمی‌در دانشکده هنر و علوم می‌گوید: " این محیط، محیط بسیار سختی است. شما همه این باکتری‌ها را در کنار هم دارید، اما در عین حال با یکدیگر می‌جنگند. چنین محیطی ممکن است نوآوری را تقویت کند." در چنین محیطی و با این شدت درگیری، آزمایشگاه د لا فوئنته پتانسیل آنتی‌بیوتیک‌های جدیدی را می‌بیند که ممکن است روزی به ذخیره‌سازی دفاعی بشر در برابر باکتری‌های مقاوم به دارو کمک کند. به هر حال، اگر باکتری‌های روده انسان برای زنده ماندن مجبورند ابزارهای جدیدی در مبارزه با یکدیگر ایجاد کنند، چرا از سلاح‌های خود علیه آن‌ها استفاده نکنیم؟
پیش زمینه
هر فردی حداقل یکبار در طول زندگی خود از آنتی بیوتیک‌ها استفاده کرده است. آنتی بیوتیک‌ها دسته‌‌ی مهمی از داروها هستند که برای درمان عفونت‌های باکتریایی استفاده می‌شوند. به این صورت که یا باکتری‌ها را به طور کامل در بدن از بین می‌برند و یا از رشد و تکثیر آن‌ها جلوگیری می‌کنند. موضوع نگران کننده در مورد مصرف آنتی بیوتیک‌ها که امروزه به یکی از دغدغه‌های اصلی کادر درمان و محققین حوزه‌ی پزشکی و آزمایشگاهی تبدیل شده است، مقاومت عوامل باکتریایی نسبت به آنتی بیوتیک‌ها است. مقاومت باکتری نسبت به دارو نه تنها بار اقتصادی زیادی به همراه دارد، بلکه دوره‌ی بهبودی بیمار را طولانی‌تر می‌کند. علاوه‌بر این، در صورت مقاومت یک باکتری در برابر آنتی‌بیوتیک ممکن است پزشک مجبور به تجویز چندین دارو شود که احتمالا عوارضی را برای سلامتی بیمار در پی خواهد داشت. در مقاله‌ای در نشریه Cell، منتشر شده، آزمایشگاه‌های د لا فوئنته و امی اس بهات، پروفسور پزشکی (هماتولوژی) و ژنتیک در استنفورد، میکروبیوم‌های روده نزدیک به دو هزار نفر را بررسی کردند و ده‌ها آنتی بیوتیک جدید بالقوه را کشف کردند. اصطلاح میکروبیوم روده به طور خاص به میکروارگانیسم‌های موجود در روده اطلاق می‌شود و یک فرد سالم به طور متوسط حدود ۳۰۰ تا ۵۰۰ گونه باکتری مختلف در دستگاه گوارش خود دارد.
درباره مطالعه
د لا فوئنته می‌گوید: " ما زیست‌شناسی را به‌عنوان منبع اطلاعاتی در نظر می‌گیریم. همه چیز فقط کد است. و اگر بتوانیم الگوریتم‌هایی را ارائه کنیم که بتوانند آن کد را مرتب کنند، می‌توانیم کشف آنتی بیوتیک را به طرز چشمگیری تسریع کنیم." در سال‌های اخیر، آزمایشگاه د لا فوئنته برای یافتن نامزدهای آنتی‌بیوتیک در همه جا خبرساز شده است، از اطلاعات ژنتیکی موجودات منقرض شده مانند نئاندرتال‌ها و ماموت‌های پشمالو گرفته تا انبوه باکتری‌هایی که آزمایشگاه مواد ژنتیکی آن‌ها را با استفاده از هوش مصنوعی تجزیه و تحلیل کرده است. د لا فوئنته می‌گوید: " یکی از اهداف اولیه ما استخراج اطلاعات بیولوژیکی جهان به عنوان منبع آنتی بیوتیک‌ها و سایر مولکول‌های مفید است. ما به جای تکیه بر روش‌های سنتی و پر زحمت که شامل جمع‌آوری نمونه‌های خاک یا آب و تصفیه ترکیبات فعال است، از مجموعه وسیعی از داده‌های بیولوژیکی موجود در ژنوم‌ها، متاژنوم‌ها و پروتئوم‌ها استفاده می‌کنیم. این به ما امکان می‌دهد تا آنتی‌بیوتیک‌های جدید را با سرعت دیجیتال کشف کنیم." با توجه به اینکه باکتری‌ها به سرعت تکامل می‌یابند، د لا فوئنته و همکارانش این فرضیه را مطرح کردند که محیطی که رقابت را تشویق می‌کند، مانند روده انسان، ممکن است محل بسیاری از ترکیبات ضد میکروبی کشف نشده باشد. د لا فوئنته خاطرنشان می‌کند: " زمانی که کمبود منابع وجود دارد، آن وقت است که زیست شناسی واقعاً راه حل‌های نوآورانه ای ارائه می‌دهد".
نتایج مطالعه
این گروه بر روی پپتیدها، زنجیره‌های کوتاه اسیدهای آمینه، که قبلاً به‌عنوان آنتی‌بیوتیک‌های جدید امیدوارکننده بودند، تمرکز کردند. د لا فوئنته با اشاره به فرآیندی که در آن هوش مصنوعی حروف کد ژنتیکی را می‌خواند و با آموزش روی مجموعه‌ای از آنتی‌بیوتیک‌های شناخته شده، پیش‌بینی می‌کند که کدام توالی‌های ژنتیکی ممکن است دارای خواص ضدمیکروبی باشند، می‌گوید: " ما بیش از 400 هزار پروتئین را محاسباتی استخراج کردیم." همچنین مارسلو دی تی تورس ، یکی از همکاران تحقیقاتی در آزمایشگاه د لا فوئنته و نویسنده اول مقاله، می‌گوید: " جالب است که این مولکول‌ها ترکیب متفاوتی با آنچه که به طور سنتی ضد میکروبی در نظر گرفته می‌شود، دارند. ترکیباتی که ما کشف کرده‌ایم کلاس جدیدی را تشکیل می‌دهند و ویژگی‌های منحصربه فرد آن‌ها به ما کمک می‌کند تا فضای توالی ضد میکروبی‌ها را درک کرده و گسترش دهیم." البته، آن پیش‌بینی‌ها باید از نظر تجربی تأیید شوند. پس از یافتن چند صد نامزد آنتی بیوتیک، محققان 78 مورد را برای آزمایش بر علیه باکتری‌های واقعی انتخاب کردند. پس از سنتز این پپتیدها، محققان کشت‌های باکتریایی را در معرض هر پپتید قرار دادند و 20 ساعت منتظر ماندند تا ببینند کدام پپتید با موفقیت رشد باکتری را مهار می‌کند. علاوه بر این، این تیم بعداً نامزدهای آنتی بیوتیکی را در مدل‌های حیوانی آزمایش کردند. بیش از نیمی از پپتیدهای آزمایش شده کار می‌کنند، یعنی رشد باکتریایی باکتری‌های دوست یا بیماری زا را مهار می‌کنند و کاندید اصلی، یعنی پریوتلین-2، توانایی‌های ضد عفونی را برابر با پلی میکسین B، یک آنتی بیوتیک مورد تایید FDA که امروزه استفاده می‌شود، نشان داد. (پلی میکسین اصولاً جهت درمان عفونت گوش خارجی (باکتری‌های گرم منفی) بکار می‌رود. قطره چشمی آن در درمان عفونت چشمی و میکروب‌های مقاوم در ملتحمه و قرنیه چشم مصرف می‌شود. پلی میکسین B به لیپید A در LPS و همچنین به فسفولیپیدها متصل می‌شود، هرچند که ترجیحاً به لیپید A متصل می‌شود. این آنتی‌بیوتیک، غشای خارجی باکتری‌های گرم منفی را تخریب می‌کند. از آنجایی که غشای سلولی در باکتری‌های گرم مثبت در معرض قرار نگرفته (کپسول دارند)، پلی میکسین فعالیت کمی علیه آن‌ها دارد.)
در نهایت
درمان عفونت‌های مقاوم به چند دارو، نشان می‌دهد که میکروبیوم روده انسان ممکن است حاوی آنتی بیوتیک‌هایی باشد که روزی کاربرد بالینی پیدا خواهد کرد. بات می‌گوید: " شناسایی پرووتلین-2، که فعالیتی برابر با یکی از آنتی بیوتیک‌های آخرین راه ما، پلی میکسین B دارد، برای من بسیار تعجب آور بود. این نشان می‌دهد که استخراج میکروبیوم انسان برای کلاس‌های جدید و هیجان انگیز پپتیدهای ضد میکروبی یک مسیر امیدوارکننده برای محققان و پزشکان و به ویژه برای بیماران است. "
پایان مطلب./