בכל מקום שאתה הולך, אתה נושא אוכלוסייה של חיידקים בדרכי העיכול שלך שמספר את התאים האנושיים המרכיבים את גופך.
למיקרוביומה זו יש קשרים חשובים לבריאות במעיים, במוח ובמערכת החיסון שלך. כמה באגים תושבים מייצרים ויטמינים, נוגדי חמצון, חומרים מזינים ותרכובות מועילות אחרות. אפילו אלה שההשפעות הישירות שלהם נראות נייטרליות תופעות מרחב שמקשה על חיידקים מזיקים לעבור לגור.
עדיין יש הרבה מה להבין לגבי מיקרוביומה של הבטן, אך קשריו לבריאות מצביעים על פוטנציאל לאוצרות קהילה זו לטפל במחלות. תגליות חדשות מצוות מחקר במכון ננו -מערכות קליפורניה ב- UCLA, או CNSI, מציעות צעד מבטיח בכיוון זה.
המדענים חקרו מנגנון ידוע שמשנה גנים במיקרובים, מונע על ידי מה שנקרא רטרואלמנטים המייצרים גיוון. DGRs נושאים אוספים של גנים שמתפקדים יחד ליצירת מוטציות אקראיות בנקודות חמות ספציפיות בגנומים חיידקיים. באופן יעיל, הם מאיצים את ההתפתחות במארחים שלהם, ומאפשרים לחיידקים לשנות ולהסתגל.
DGRs נפוצים יותר במיקרוביומה של הבטן מכל סביבה אחרת על כדור הארץ בה הם נמדדו. עם זאת, תפקידם במעיים לא נחקר עד כה.
במחקר שפורסם בכתב העת מַדָעהצוות חקר חיידקים הנפוצים בדרכי העיכול הבריאות. הם גילו שכרבע רבע מה- DGRs של אותם מיקרובים מכוונים לגנים חיוניים לנסיעה לגידול מושבות בסביבה חדשה. החוקרים הדגימו גם כי DGRs נוסעים היטב: הם יכולים להעביר מזן אחד של חיידק לאחרים הסמוכים, ותינוקות יורשים DGRs מאמהותיהם שנראים כמסייעים בהפעלת מיקרוביומה של הבטן.
"אחת התעלומות האמיתיות במיקרוביומה היא בדיוק איך חיידקים מיישמים אותנו", אמר הסופר הבכיר ג'ף פ. מילר, מנהל CNSI, בעל יו"ר פרד קוולי במדע ננו -מערכות ופרופסור למיקרוביולוגיה, אימונולוגיה וג'נטיקה מולקולרית ב- UCLA.
זוהי מערכת דינאמית מאוד שקשורה באופן אינטימי לפיזיולוגיה אנושית, וניתן ליישם יום אחד את הידע הזה על DGRs על מיקרוביומים מועילים להנדסה המקדמים בריאות טובה. "
ג'ף פ. מילר, פרופסור, מיקרוביולוגיה, אימונולוגיה וגנטיקה מולקולרית, UCLA
שינויים במיקרוביומה של הבטן נקשרו למחלות מעי דלקתיות, מחלת קרוהן, תסמונת מטבולית, סרטן המעי הגס ומצבים מרוחקים יותר – כמו חרדה, דיכאון ואוטיזם. עלייה בחיידקים הגורמים למחלות אצל ילדים קשורה לסיכון גבוה יותר לטווח הארוך למחלה כרונית אוטואימונית.
"המיקרוביומה המתפתחת קשורה למערכת החיסון המתפתחת שלנו, וזו מעניקה אותנו עד סוף חיינו", אמר הראשון והסופר המתאם משותף בן מקדאנגדנג, ניאונטולוג בריאות UCLA ועוזר פרופסור לרפואת ילדים בבית הספר לרפואה של דייוויד גפן ב- UCLA. "כאשר מיקרוביומה מופרעת, אנו רואים שיעורים גבוהים יותר של מחלה כרונית בהמשך החיים. זה מהווה הזדמנות חזקה להנדס את מיקרוביומה של מעי התינוקות למנוע סיכונים אלה."
DGRs התגלו לראשונה במעבדה של מילר. במקום יחיד בגנום, המשתנה ממקרה למקרה, DGRs מחליפים את האות A מאלף-בית בן ארבע אותיות המרכיב DNA, ומוסיף C, G או T באותה נקודה.
DGRs רבים מכוונים לגנים הקובעים את צורתם של חלבונים מחייבים – כלומר חלבונים שמתאימים למולקולות אחרות כמו זוג חתיכות פאזל. סוג זה של כריכה הוא המנגנון הבסיסי שבאמצעותו תאים מתקשרים עם העולם סביבם. שינויים בחלבונים מחייבים יכולים להרחיב את הרפרטואר שלהם לאינטראקציה, כך ש- DGRs מאיצים את ההתפתחות באופן שמרחיב את יכולות החיידקים.
ניתן להשוות מערכת זו לשיטה מוכרת יותר שדרכה ביולוגיה מחזירה חלבונים: ייצור נוגדנים חדשים על ידי מערכת החיסון האנושית כדי להרחיב את סגל הפולשים שהיא יכולה לזהות. אך לעומת זאת, כל תא חיסוני המשחזר מחדש נוגדנים עושה זאת רק פעם אחת, ואילו DGRs יכולים להכניס מוטציות שוב ושוב באותו תא.
DGRs הם גם מנוע חזק בהרבה להרחבת המגוון. אם כל נוגדן ייחודי המיוצר על ידי מערכת החיסון היה גרגר חול, דגנים אלה היו ממלאים פחות מרבע מתוך 1% מבניין האימפריה סטייט. לעומת זאת, יידרש 270 מיליון מבני אמפייר סטייט להחזיק גרגרי חול השווים לווריאציות הייחודיות של חלבונים המותאמים ל- DGR.
מילר ועמיתיו בדקו את הגנום של החיידקים שנראו לעתים קרובות במיקרוביומה של הבטן, מהסוג Bacteroides. באוכלוסייה זו, DGRs היו בשפע, עם ממוצע של אחד לכל זן וכמה זנים שהובילו עד חמישה. הם גם היו מגוונים, עם יותר מ -1,100 DGRs ייחודיים שזוהו.
החוקרים התמקדו בתת קבוצה של DGRs הממוקדים לגנים לתוספות Hairlike הבולטות מבקטריואידים, הנקראים פילי. פילי פועלים יחד כמו הסיבים בוולקרו, ומאפשרים לחיידקים לעגן את עצמם למיקרובים אחרים או על משטחים. ה- DGRs פעלו בעיקר כדי לגוון את החלבונים שעוזרים לפילי לדבוק. זה מצביע על כך של- DGRS יש תפקיד חשוב בהתאמה של Bacteroides למיקומים חדשים, כולל הסביבה הייחודית של מיקרוביומה של מעיים של כל אחד.
"אנו חושבים ש- DGR מאפשרים לחיידקים לשנות במהירות את מה שהפילי שלהם יכול לדבוק בו", אמר מקדנגדנג. "חיידק עשוי להיות מותאם למעיים של אדם אחד, אבל אם הוא יוצא ומנסה להתיישב מישהו אחר, הוא נתקל בסביבה שונה מאוד. למצוא משהו חדש להיקשר כדי להעניק לחיידקים יתרון, ואנחנו חושבים שזו הסיבה שאנחנו רואים כל כך הרבה DGRS בתוך המיקרוביומה."
המחקר מצא גם כי DGRs יכולים לקפוץ מזן אחד של חיידקים למשנהו באמצעות תהליך שנקרא העברה אופקית. באופן זה נראה כי חיידקים חולקים את מעצמת העל ההסתגלות שלהם בתוך הקהילה הגדולה יותר הסובבת אותם.
כדי לבחון כיצד DGRs משפיעים על התפתחות מיקרוביומה של מעי העת, הצוות ניתח את המיקרוביומים מאמהות וילדיהם במהלך השנה הראשונה לחיים. DGRs מסוימים הועברו מאם לתינוק. בצאצאים, החוקרים ציינו שינויים ב- DNA עבור חלבוני ה- Pili של Bacteriodes, מה שמצביע על כך ש- DGRs שינו את הבאגים כדי לעזור בהקמת חנות בביתם החדש. ממצא זה מציע כי DGRs הם מנגנון אחד חשוב לביסוס המיקרוביומה המתפתחת.
החוקרים מתכננים לחפור עמוק יותר ב- DGRs ובמיקרוביומה של הבטן עם מודלים של מעבדה ומחקרי תצפית אצל בני אדם. הם מאמינים כי התובנות במחקר הנוכחי עשויות להיות נקודת קפיצה לתגליות עתידיות המשפרות את בריאות האדם, או אפילו מניבות שיטות חדשות להנדסה גנטית.
"אנחנו בשלב מוקדם זה ממש," אמר מילר. "יש כל כך הרבה שאלות שזה מעלה, אנחנו פשוט מבינים כמה אנחנו לא יודעים על DGRs במיקרוביומה, או מה ניצולם ליישומים יכול להניב. מעולם לא התרגשתי יותר מה הולך לבוא הלאה."
אומש אחוג'ה, עמית מחקר UCLA, הוא מחבר המחקר לתאם משותף. מחברים משותפים אחרים הם ינלינג וואנג, קורה וודוורד, ג'סיקה רווילה, בנט שו, קייבן סאסניניה, ג'יליאן ורנום ושרה מקנאני, כולם UCLA; וקיארה ברוטו מקלטק.
המחקר נתמך על ידי המכונים הלאומיים לבריאות וקרן ההענקה של פרד קוולי.
