המיקרוביום של המעי מורכב מטריליוני חיידקים הממלאים תפקיד חיוני בשמירה על בריאותנו. הפרעה באיזון של חיידקים אלו יכולה לתרום למגוון מצבים בריאותיים, כגון מחלת מעי דלקתית (IBD). כעת, חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו פיתחו כלי חדשני בשם coralME כדי להבין טוב יותר כיצד החיידקים הללו מתקשרים זה עם זה ועם הסביבה שלהם כדי להשפיע על הבריאות. הכלי יוצר במהירות מודלים ממוחשבים מפורטים בקנה מידה של גנום של חילוף חומרים, ביטוי גנים וחלבונים מכמויות גדולות של נתונים. "מודלי ME", כפי שהם מכונים, מקשרים את הגנום של החיידק לפנוטיפ שלו, או לתכונותיו.
המודלים יכולים לחשוף כיצד חיידקים מגיבים לחומרי מזון מסוימים, כולל אילו חומרים תזונתיים יגדילו חיידקים מסוימים ויתרמו לחוסר איזון במיקרוביום ואילו חומרים תזונתיים נוחים ביותר לחיידקים הנמצאים בדרך כלל במעי בריא. בנוסף, הכלי חוזה אילו רכיבים תזונתיים מעדיפים היווצרות של מוצרים לא רצויים כמו אלרגנים או רעלים.
"לדוגמה, אנו רואים מהמודלים שחיידק זקוק לחומצה אמינית מסוימת, אך הוא אינו יכול ליצור חומצה אמינית זו בעצמו, אז הוא מקבל אותה ממיקרוב אחר, מהמארח האנושי, או מהתזונה שהאדם אוכל", אמר קרסטן זנגלר, Ph.D., פרופסור לרפואת ילדים בבית הספר לרפואה של UC San Diego. "המודלים הבאים של הדור הבא בקנה מידה גנום מספקים את הבסיס המכניסטי להבנת התנהגות חיידקים בסביבות מורכבות."
באמצעות coralME, הצוות יצר 495 מודלים של ME המאפיינים את מיני המעיים הנפוצים ביותר, משהו שהיה לוקח עשרות או אפילו מאות שנים לעשות ביד.
החוקרים השתמשו במודלים כדי לדמות כיצד דיאטות שונות משפיעות על חיידקי המעי. לדוגמה, הם מצאו שדיאטות דלות ברזל או דלות אבץ מאפשרות לחיידקים מזיקים מסוימים לשרוד, בעוד שדיאטות עשירות במקרו-נוטריינטים מסוימים עשויות לקדם יתרונות מועילים, השפעות שמודלים חישוביים מסורתיים מחמיצים.
הזנת נתוני ביטוי מיקרוביאליים מחולי IBD בפועל למודלים חשפה מה החיידקים עושים בזמן אמת, אמר זנגלר, המזוהה גם עם המרכז לחדשנות מיקרוביום באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו ופרופסור נוסף לביו-הנדסה בבית הספר להנדסה ג'ייקובס.
"זה מראה מה החיידקים אוכלים, אילו מוצרים הם מייצרים וכיצד הם מקיימים אינטראקציה עם חיידקים אחרים והמארח", אמר. "חשבו על המודלים כמפת דרכים של עיר. כשאנחנו משלבים את המפה הזו עם מידע תנועה, אנחנו מקבלים את המצב בזמן אמת של המפה – איך התנועה זורמת כרגע".
הצוות מצא שחולי IBD חווים שינויים בכימיה של המעיים, כולל רמות גבוהות (פחות חומציות), אך ירידה בייצור של חומצות שומן קצרות שרשרת המגנות בדרך כלל על המעיים. הם גם זיהו חיידקים ספציפיים ואינטראקציות בין קבוצות של חיידקים הקשורים לשינויים אלו.
הכלי coralME מספק דרך מהירה ועוצמתית להפוך נתונים גנטיים מורכבים לתחזיות קונקרטיות לגבי איך חיידקי מעיים מתנהגים וכיצד תזונה ומחלות משנות את פעילותם. התובנות שהושגו מהמודלים עשויות להוביל לדרכים חדשות לאבחון ולטפל ב-IBD ובמחלות רבות אחרות המשפיעות על המיקרוביום, עם פוטנציאל להשתמש בטיפולים מותאמים אישית למיקוד פעילויות מיקרוביאלית ספציפיות.
"אם נוכל לחזות במדויק את התגובה של המיקרוביום לכל מחלה, נוכל להבין את הקשר בין המחלה למיקרוביום ולמצוא תרופה למחלה", אמר זנגלר.
לדבריו, לכלי coralME יש יישומים גם מחוץ למחלות אנושיות, מכיוון שהוא יכול לשמש גם ליצירת מודלים של קהילות מיקרוביאליות שנמצאות, למשל, באדמה, בבעלי חיים אחרים או באוקיינוס.
המחקר פורסם ב-20 בנובמבר 2025, ב מערכות תאים.
מחברים שותפים נוספים במחקר כוללים: חואן ד. טיבוצ'ה-בונילה, רודריגו סנטיבנז-פלומינוס, יוהאן וונג ומניש קומאר, כולם באוניברסיטת סן דייגו.
