חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה סן דייגו, כחלק משיתוף פעולה גדול עם מדענים ברחבי העולם, פיתחו כלי חיפוש חדש שיעזור לחוקרים להבין טוב יותר את חילוף החומרים של מיקרואורגניזמים. מיקרובים הם שחקני מפתח כמעט בכל המערכות הביולוגיות והסביבתיות, אך המגבלות בטכניקות הנוכחיות המשמשות לחקר חילוף החומרים המיקרוביאליים מקשות על פענוח האינטראקציות והפעילויות שלהם.
המחקר החדש, שפורסם ב-5 בפברואר 2023 ב מיקרוביולוגיה של הטבעמתייחס ישירות למגבלות אלו, שעשויות בסופו של דבר לשנות את ההבנה שלנו לגבי בריאות האדם והסביבה.
בני אדם מהלכים במערכות אקולוגיות שבהן מספר החיידקים עולים עלינו בהרבה, אך אנו יודעים כל כך מעט על המטבוליטים שמיקרובים מייצרים. הטכנולוגיה הזו מאפשרת לנו להתאים חיידקים לחתימות המטבוליות שהם מייצרים ללא כל ידע מוקדם, מה שמהווה קפיצת מדרגה משמעותית ביכולת שלנו לחקור מיקרואורגניזמים ויחסיהם המורכבים עם בני אדם ומערכות אקולוגיות".
פיטר דורסטיין, דוקטורט, מחבר מחקר בכיר, פרופסור לפרמקולוגיה ורפואת ילדים בבית הספר לרפואה באוניברסיטת סן דייגו ופרופסור בבית הספר לרוקחות ומדעי התרופות סקאגס באוניברסיטת סן דייגו
הכלי פורץ הדרך, שהמדענים מכנים microbeMASST, פותח על ידי מדענים ב-UC San Diego's Collaborative Microbial Metabolite Center, יוזמה הנתמכת על ידי NIH שמטרתה לבנות מאגר בינלאומי של נתונים מטבולומיים מיקרוביאליים כדי לעזור לחוקרים לחקור את האינטראקציה המורכבת בין חיידקים. ובני אדם.
חיידקים מועילים ממלאים תפקיד מפתח בבריאות האדם על ידי התיישבות באזורים מסוימים בגוף, כולל העור, שם הם מגנים עלינו מפני פתוגנים חיצוניים, והמעי, שם הם תורמים לתפקודים חיוניים כמו ספיגת חומרי הזנה וויסות מערכת החיסון. שיבוש הקהילות המיקרוביאליות בגופנו קשור למגוון רחב של מחלות.
"משאב זה יעזור לנו לחקור באופן מכניסטי את תפקיד המיקרוביום במצבים בריאותיים כמו מחלות כבד, מחלות מעי דלקתיות, סוכרת, טרשת עורקים ואחרים", הוסיף דורשטיין.
מיקרובים נמצאים גם במרכזם של תהליכים סביבתיים חשובים, כמו מחזורי הפחמן והחנקן. כאשר קהילות מיקרוביאליות המעורבות בתהליכים אלו מופרעות, זה יכול להיות קשה יותר למערכות אקולוגיות למחזור חומרים מזינים, מה שמוביל למגוון רחב של חוסר איזון אקולוגי הרסני.
בגלל תפקידם המכריע בסביבה והאינטראקציות שלהם עם אורגניזמים גדולים יותר, חילוף החומרים של חיידקים הוא כוח מניע כמעט בכל ההיבטים של הביולוגיה. עם זאת, לעתים קרובות מתעלמים מהפוטנציאל המטבולי העצום של קהילות מיקרוביאליות בניסויים מודרניים, שבדרך כלל מסתכלים רק על חילוף חומרים מיקרוביאלי עם עדשה רחבה.
"אחד האתגרים של חקר חיידקים ברמה המולקולרית הוא שקשה לדעת אילו חיידקים מייצרים אילו מולקולות, אלא אם כן אתה כבר יודע מה אתה מחפש", אמרה הסופרת הראשונה סימון זופה, חוקרת פוסט-דוקטורט העובדת עם דורשטיין. "אם אתה חושב על מושבות של חיידקים כעל מסיבות צפופות עם הרבה אנשים מדברים, הניסויים הנוכחיים שלנו יכולים להקליט רק את הצליל, אבל אנחנו רוצים למצוא דרך לבטל את השמע הזה כדי להבין מי אומר מה."
כדי לעזור לייצר את כלי החיפוש החדש, שהחוקרים כינו microbeMASST, חוקרים מהמרכז השיתופי למטבוליטים מיקרוביאליים באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו אספו יותר מ-100 מיליון נקודות נתונים מ-60,000 דגימות מיקרוביאליות שונות, שנאספו על ידי מדענים מכל העולם. מסד הנתונים הזה נאצר בקפידה מתרומת הקהילה ואצירת מטא נתונים, וכולל חיידקים מצמחים, קרקעות, אוקיינוסים, אגמים, דגים, חיות יבשתיות ובני אדם.
על ידי הצלבה של מדגם ניסיוני עם ספרייה מסיבית זו של חיידקים בודדים, microbeMASST יכול לזהות אילו חיידקים קיימים בדגימה זו.
"אין כלי קיים שיכול לעשות את זה, ושלנו יכול לעשות את זה תוך שניות", הוסיף צופה.
מכיוון ש-microbeMASST יכול לזהות חיידקים בדגימה ללא כל ידע מוקדם, החוקרים בטוחים שיישומי הטכנולוגיה משתרעים לתחומים שונים של ביולוגיה, כגון חקלאות ימית, חקלאות, ביוטכנולוגיה וחקר מצבים בריאותיים בתיווך חיידקים.
"אנו צופים ש-microbeMASST יהיה משאב טרנספורמטיבי עבור קהילת המחקר של מדעי החיים", אמר דורשטיין. "יתר על כן, הכלי רק ישתפר עם הזמן ככל שהקהילה תאסוף נתונים נוספים עבור המערכת להתייחסות."
