פרוביוטיקה הם כלים מתעוררים המשמשים יחידות טיפול נמרץ בילודים לקידום תוצאות בריאות ומניעת מחלות מעיים כמו דלקת אנטרוקוליטיס נמקית. בערך אחד מכל עשרה מהתינוקות הצעירים ביותר בארה"ב מטופלים בפרוביוטיקה, ומחקרים מראים כי טיפול זה יכול להפחית את כל הגורמים לתמותה.
טיפול פרוביוטי כולל לעתים קרובות מתן זני חיידקים השייכים ל Bifidobacterium סוּג. Bifidobacterium זנים שופעים במיוחד במעיים של ילדים – במיוחד ילדים המונקים – ונחשבים מועילים לבריאות האדם.
Bifidobacteria מעניקה תכונות חיוביות מרובות, החל מעכבה את צמיחתם של חיידקים פתוגניים על ידי התנתקותם לחלל וחומרים מזינים. הם גם עוזרים בפיתוח מערכת החיסון של תינוק. "
Aleksandr Arzamasov, PhD, עמית פוסט -דוקטורט בסנפורד ברנהאם פרביס
מדענים ביקשו להשתמש בפרוביוטיקה כדי לספק את היתרונות של Bifidobacterium לתינוקות הסובלים מתת תזונה. מחקרים הראו כי טיפול פרוביוטי אצל תינוקות בנגלדש הסובלים מתת תזונה חריפה חמורה קידם עלייה במשקל, אך החיידקים המועילים לא חילקו בית קבוע במיקרוביומים של התינוקות כצפוי מהבדיקה בארה"ב
אנדריי אוסטרמן, דוקטורט, דוקטורט, פרופסור במרכז למדעי הסנפורד ברנהאם, אמר כי "תהינו אם הזן היה פחות יעיל מכיוון שהוא לא הותאם לתזונה המקומית של ילדים בנגלדש," אמר אנדריי אוסטרמן, דוקטורט, פרופסור במרכז למדעי הנתונים בסנפורד ברנהאם פרבי וסגן דיקן ושותף לתכניות לימודים במדעים ביו -רפואיים. "וחשבנו שאולי נוכל לחזות אילו זנים ישגשגו בתנאים שונים, ויאפשרו לנו להתאים פרוביוטיקה לילדים על סמך היכן הם חיים ומה הם אוכלים."
אוסטרמן, ארזמאסוב ועמיתיו בבית הספר לרפואה באוניברסיטת וושינגטון, אוניברסיטת סבנצ'י ואוניברסיטת קליפורניה סן דייגו פרסמו ממצאים ב- 16 ביולי 2025, מיקרוביולוגיה טבעית הפגנת היכולת לחזות את ההתאמות התזונתיות של Bifidobacterium זנים על ידי ניתוח התפלגות מאות גנים מטבוליים באלפי Bifidobacterium גנום.
המדענים נאלצו לראשונה להגדיר את הגנים המטבוליים המאפשרים Bifidobacterium לפרק פחמימות ספציפיות ליצירת אנרגיה.
"כשאנחנו אוכלים אוכל, רבים מהפחמימות התזונתיות אינן מתעכלות על ידי גופנו, במיוחד הסיבים המורכבים יותר", אמר ארזמאסוב, המחבר הראשי של המחקר. "במקום זאת, הם הולכים היישר למעי הגס בו ניתן לחילוף חומרים על ידי חיידקי בטן."
לאחר ניתוח ידני 263 Bifidobacterium גנום ושילוב נתונים ממאות מחקרים שפורסמו בעבר, צוות המחקר שיחזר 68 מסלולי מטבוליות שקבעו אם חיידק יכול לעכל פחמימות ספציפיות. לאחר מכן הקבוצה הרחיבה את הממצאים הללו על ידי אימון מודל מבוסס בינה מלאכותית לניתוח של יותר מ -2,800 גנומים נוספים כדי לחזות את היכולת המקודדת להמחיש את כל אחד מ -68 הגליקנים שזוהו.
המדענים עקבו אחריהם את תחזיותיהם למבחן על 30 מגוונים גיאוגרפית Bifidobacterium זנים על ידי התבוננות ביכולתם לצמוח כאשר חגיגה (או לא) על 43 פחמימות המתאימות למסלולי השימוש בפחמימות החזוי. כאשר משווים את הצמיחה החזויה לצמיחה בפועל בניסויי אימות אלה, שיעור הדיוק של התחזיות היה יותר מ- 94 אחוזים.
הקבוצה חשפה הבדלים בשימוש בפחמימות על בסיס מיקום גיאוגרפי, תזונה ואורח חיים. לדוגמה, הם גילו תכונות הבחנה של Bifidobacterium זנים מבודדים מדגימות צואתיות של ילדים בנגלדש. למזנים אלה הייתה יכולת ייחודית לעכל את שתי הפחמימות מחלב אנושי וסיבי צמחים, מה שעשוי להעיד כי זנים אלה הסתגלו לשינויים בחומרים מזינים כאשר תינוקות מתעופפים מחלב למזונות אחרים.
ארזמאסוב אמר כי "מצאנו כי מבודדים בנגלדש אלה יש אשכולות גנים ייחודיים ופנוטיפים מטבוליים ייחודיים שלא נמצאו בגנום אחר של זנים מבודדים מאזורים אחרים בעולם". "זה מחזק את החשיבות של לימוד מיקרוביומות הבטן באוכלוסיות המובנות ברחבי העולם בצורה רגישה תרבותית, מכיוון שיש להן מגוון ביולוגי ייחודי אשר כיום מוערך."
על ידי הצגת כיצד אסטרטגיות חילוף החומרים הפחמימות משתנות בין ובתוכו Bifidobacterium מינים ומעוצבים על ידי גורמים אקולוגיים – כולל גיל המארח, תזונה ואורח חיים – אוסטרמן, ארזמאסוב ועמיתיהם סיפקו משאב קריטי למחקר עתידי ופיתוח פרוביוטיקה בהתאמה אישית.
"עם אנציקלופדיה זו של מסלולי ניצול סוכר במאות זנים עם גנומים רצופים, אתה יכול כעת לחזות בביטחון מה הם החומרים המזינים התומכים בצמיחתם ומה הם החומרים המזינים שאינם תומכים בצמיחתם", אמר אוסטרמן, המחבר הבכיר והמתאם לתאריך המחקר. "בנוסף לקומפנדיום של מאות מבודדי חיידקים שכבר ידועים, בנינו כלי שניתן להשתמש בו כדי לספק את אותו סוג של תחזיות לאלפים ואלפים נוספים."
"אתה יכול להשתמש בידע זה כדי לבחור את הזנים כמועמדים פרוביוטיים למצב נתון", אמר ארזמאסוב. "ואתה יכול להגדיר במדויק מאוד אילו חומרים מזינים יתמכו בזנים פרוביוטיים אלה כדי להנחות את ההתפתחות הרציונאלית של מזונות משלימים כדי להפוך אותם ליעילים עוד יותר."
