שינויים במיקרוביום המעי היו מעורבים במגוון מחלות כולל סוכרת מסוג 2, השמנת יתר ומחלות מעי דלקתיות. כעת, צוות חוקרים ב-Broad Institute של MIT והרווארד יחד עם בית החולים הכללי של מסצ'וסטס מצא כי חיידקים במעיים עשויים להשפיע גם על מחלות לב וכלי דם. במחקר שפורסם ב תָאהצוות זיהה מינים ספציפיים של חיידקים שצורכים כולסטרול במעיים ועשויים לסייע בהורדת הסיכון לכולסטרול ולמחלות לב אצל אנשים.
חברי המעבדה של Ramnik Xavier, פלטפורמת Metabolomics של Broad ומשתפי פעולה ניתחו מטבוליטים וגנומים מיקרוביאליים של יותר מ-1,400 משתתפים במחקר הלב של Framingham, פרויקט בן עשרות שנים שהתמקד בגורמי סיכון למחלות לב וכלי דם. הצוות גילה שהחיידק התקשר Oscillibacter סופגים ומטבולים כולסטרול מסביבתם, וכי אנשים הנושאים רמות גבוהות יותר של החיידק במעיים שלהם היו בעלי רמות נמוכות יותר של כולסטרול. הם גם זיהו את המנגנון שסביר שהחיידקים משתמשים בו לפירוק כולסטרול. התוצאות מצביעות על כך שהתערבויות שמתפעלות את המיקרוביום בדרכים ספציפיות יכולות יום אחד לעזור להפחית את הכולסטרול באנשים. הממצאים גם מנחים את הבסיס לחקירות ממוקדות יותר של האופן שבו שינויים במיקרוביום משפיעים על בריאות ומחלות.
"המחקר שלנו משלב ממצאים מנבדקים אנושיים עם אימות ניסיוני כדי להבטיח שנשיג תובנה מכניסטית ניתנת לפעולה שתשמש נקודות מוצא לשיפור בריאות הלב וכלי הדם", אמר חאווייר, שהוא חבר מרכז במכון, מנהל תוכנית האימונולוגיה ומנהל שותף. של התוכנית למחלות זיהומיות ומיקרוביום בראד. הוא גם פרופסור בבית הספר לרפואה של הרווארד ובבית החולים הכללי של מסצ'וסטס.
החוקר הפוסט-דוקטורט צ'נהאו לי ומדען המחקר מרטין סטרז'אר, שניהם במעבדתו של אקסבייר, היו מחברים ראשונים במחקר.
רמזים לכולסטרול
בעשור האחרון, חוקרים אחרים חשפו קשרים בין הרכב המיקרוביום של המעי לבין מרכיבים של מחלות לב וכלי דם, כמו הטריגליצרידים של האדם ורמות הסוכר בדם לאחר ארוחה. אבל מדענים לא הצליחו למקד את הקשרים האלה עם טיפולים, בין השאר משום שהם חסרים הבנה מלאה של מסלולים מטבוליים במעיים.
במחקר החדש, צוות Broad השיג תמונה מלאה ומפורטת יותר של ההשפעה של חיידקים במעיים על חילוף החומרים. הם שילבו רצף מטגנומי של רובה ציד, המציג פרופילים של כל ה-DNA המיקרוביאלי בדגימה, עם מטבולומיקה, המודד את הרמות של מאות מטבוליטים ידועים ואלפי מטבוליטים לא ידועים. הם השתמשו בכלים אלה כדי ללמוד דגימות צואה ממחקר הלב פרמינגהם.
תוצאות הפרויקט מדגישות את החשיבות של נתוני מטופלים איכותיים ואצורים. זה איפשר לנו לשים לב להשפעות שהן ממש עדינות וקשות למדידה ולעקוב ישירות אחריהם."
מרטין סטרז'אר, מדען מחקר
הגישה חשפה יותר מ-16,000 קשרים בין חיידקים ותכונות מטבוליות, כולל אחד שהיה חזק במיוחד: אנשים עם כמה מינים של חיידקים מה- Oscillibacter לסוג היו רמות כולסטרול נמוכות יותר מאלה שחסרו את החיידקים. החוקרים מצאו כי מינים ב Oscillibacter סוגים היו בשפע באופן מפתיע במעיים, ומייצגים בממוצע 1 מכל 100 חיידקים.
החוקרים רצו אז להבין את המסלול הביוכימי שבו משתמשים החיידקים לפירוק הכולסטרול. כדי לעשות זאת, הם היו צריכים תחילה לגדל את האורגניזם במעבדה. למרבה המזל, המעבדה בילתה שנים באיסוף חיידקים מדגימות צואה כדי ליצור ספרייה ייחודית שכללה גם Oscillibacter.
לאחר גידול מוצלח של החיידקים, הצוות השתמש בספקטרומטריית מסה כדי לזהות את תוצרי הלוואי הסבירים ביותר של חילוף החומרים של כולסטרול בחיידק. זה איפשר להם לקבוע את המסלולים שבהם החיידק משתמש כדי להוריד את רמות הכולסטרול. הם גילו שהחיידקים המירו את הכולסטרול למוצרי ביניים שיכולים להתפרק על ידי חיידקים אחרים ולהוציא אותם מהגוף. לאחר מכן, הצוות השתמש במודלים של למידת מכונה כדי לזהות את האנזימים המועמדים האחראים להמרה ביוכימית זו, ולאחר מכן זיהה את אותם אנזימים ומוצרי פירוק כולסטרול ספציפית בכמה Oscillibacter במעבדה.
הצוות מצא עוד מין חיידקי מעיים, Eubacterium coprostanoligenes, זה גם תורם לירידה ברמות הכולסטרול. מין זה נושא גן שהמדענים הראו בעבר שהוא מעורב במטבוליזם של כולסטרול. בעבודה החדשה, הצוות גילה את זה Eubacterium עשוי להיות השפעה סינרגטית עם Oscillibacter על רמות הכולסטרול, מה שמצביע על כך שניסויים חדשים החוקרים שילובים של מיני חיידקים יכולים לעזור לשפוך אור על האופן שבו קהילות מיקרוביאליות שונות מתקשרות כדי להשפיע על בריאות האדם.
מסרים מיקרוביאליים
הרוב המכריע של הגנים במיקרוביום המעי האנושי נותר בלתי מאופיינ, אך הצוות בטוח שהצלחתם באיתור אנזימים המטבולים כולסטרול סוללת את הדרך לגילוי של מסלולים מטבוליים דומים אחרים המושפעים על ידי חיידקי מעיים, שניתן למקד אותם באופן טיפולי.
"ישנם מחקרים קליניים רבים המנסים לבצע מחקרים על העברת מיקרוביום צואה מבלי להבין הרבה כיצד החיידקים מתקשרים זה עם זה ועם המעיים," אמר לי. "בתקווה אם נסוג תחילה על ידי התמקדות בבאג או בגן מסוים אחד, נקבל הבנה שיטתית של אקולוגיית המעיים ונמצא אסטרטגיות טיפוליות טובות יותר כמו התמקדות באג אחד או כמה באגים."
"בגלל המספר הגדול של גנים של תפקוד לא ידוע במיקרוביום המעי, ישנם פערים ביכולת שלנו לחזות תפקודים מטבוליים", הוסיף לי. "העבודה שלנו מדגישה את האפשרות שמסלולי חילוף חומרים נוספים של סטרולים עשויים להשתנות על ידי חיידקים במעיים. ישנן פוטנציאל להרבה תגליות חדשות שיביאו אותנו קרוב יותר להבנה מכניסטית של האופן שבו חיידקים מתקשרים עם המארח."
