אם לונג'ון ג'אנג יש את דרכה, אף אחד לא יצטרך לצחצח או לחוט דנטלי שוב.
ג'אנג, פרופסור ברקלי UC להנדסה כימית וביומולקולרית, מנסה להבחין בין החיידקים הבריאים בפה שלנו מהחיידקים הלא בריאים – אלה הגורמים לחללים – כך שתוכל להגביר את שיעור הקודמים ולקידום מיקרוביומה אוראלית פרוביוטיקה.
המיקרוביומה של הפה שלנו מורכבת ממאות מינים שונים של חיידקים, שרבים מהם יוצרים קהילה הדבקה לשיניים ליצירת לוח. מחקרים קודמים התמקדו באילו מאותם מינים קשורים לחללים, ומייצרים חומצה שאוכלים באמייל השיניים. אולם החוקרים מצאו כי כל מין אינו טוב או רע באופן אחיד – מינים בודדים יכולים להיות מאות זנים שונים, המכונים זנים, השונים בתכונותיהם המקדמות חלל.
במקום להתמקד במינים או בזנים, ג'אנג וצוותה סורקים את רצפי ה- DNA של כל החיידקים בפה – המטגנום – בחיפוש אחר אשכולות של גנים הקשורים לחללים.
במאמר שפורסם ב -19 באוגוסט בכתב העת המשך האקדמיה הלאומית למדעיםהיא ועמיתיה דיווחו על גילוי של אשכול גנים אחד כזה המייצר שתי מולקולות אשר יחד עוזרות לקהילה של החיידקים של הפה – טוב ורע – להדביק יחד ויוצרים ביופילם חזק על השיניים.
הם מצאו את אשכול הגנים הזה בחלק מהזנים של כמה שחקנים רעים ידועים בפה, כולל סטרפטוקוקוס מוטאנים – הנבל הראשי בעששת. ג'אנג רואה הזדמנות להדביק את אשכול הגן הזה לחיידקים טובים כדי לעזור להם להתחבר טוב יותר לשיניים ולדחוף את החיידקים המייצרים חומצה הסוללים את הדרך לחללים.
זנים מסוימים השייכים לאותו המין יכולים להיות פתוגן או קומין או אפילו פרוביוטיקה. לאחר שנבין טוב יותר את הפעילות של המולקולות הללו וכיצד הן יכולות לקדם היווצרות ביופילם חזקה, אנו יכולים להכיר להם את החיידקים הטובים כך שהחיידקים הטובים יוכלו כעת ליצור ביו -פילמים חזקים ולהגדיר את כל הרעים. "
Wenjun Zhang, פרופסור להנדסה כימית וביומולקולרית, UC ברקלי
העבודות נתמכה על ידי המכון הלאומי למחקר שיניים וגרני -פנים של המוסדות הלאומיים לבריאות (R01DE032732).
מטבוליזם "מתמחה"
אשכול הגנים התגלה על ידי חיפוש דרך מסד נתונים מקוון של מספר גדול של רצפים מטגנומיים של קהילות החיידקים בפה של מתנדבים אנושיים. הסטודנט לתואר שני בברקלי, מק'קנה יאו, ערך ניתוח סטטיסטי לזיהוי אשכולות הקשורים למחלות דרך הפה ואז טיפח את החיידקים כדי לנתח ולזהות את המטבוליטים המיוצרים על ידי אשכולות אלה.
המטבוליטים הם מולקולות קטנות המורכבות מגדילים קצרים של חומצות אמינו – פפטידים – וחומצות שומן, או ליפידים. מולקולה אחת עובדת כמו דבק, עוזרת לתאים להתגבש בכתמים, ואילו השנייה פועלת יותר כמו מחרוזת, ומאפשרת להם ליצור שרשראות. יחד הם נותנים לחיידקים את היכולת לבנות קהילות – החומר הדביק על השיניים שלך – במקום לצוף לבד.
אשכול הגנים החדשים מכיל כ -15 מקטעי DNA המקודדים לחלבונים, משפרים וגורמי שעתוק הפועלים כמו קלטת מטבולית עצמאית – מסלול מטבולי אלטרנטיבי שאינו חיוני להישרדות של החיידקים, אך, שג'אנג מצא, יש השפעה משמעותית על הסביבה הסובבת, כמו שיניים. אשכולות גנים אלה מכונים לעיתים חילוף החומרים המשני של מיקרוב, אך ג'אנג מעדיף את המונח "מתמחה" מכיוון שהם יכולים לייצר מולקולות מעניינות. רשתות מטבוליות מתמחות בחיידקי אדמה הוכיחו למשל מקור פורה לאנטיביוטיקה.
"המטבוליטים המתמחים הללו משפרים את ההישרדות בדרכים מסוימות", אמר יאו, אחד משלושה סטודנטים לתארים מתקדמים של ברקלי שתרמו לעבודה והם מחברים ראשונים בעיתון. "רבים, למשל, הם אנטיביוטיקה, כך שהם יכולים להרוג באגים אחרים, או שאחרים מעורבים ברכישת מתכות – הם עוזרים לחיידקים למונופול את המשאבים בגומחה הסביבתית שלהם. היכולת לייצר את אלה, במיוחד בקהילה מיקרוביאלית, מסייעת לחיידקים לאתחל את הבחור האחר ולשמור על משאביהם."
עם זאת, תפקידם של רשתות מטבוליות מתמחות ומטבוליטים משניים במיקרוביומה האנושית נותרו ברובם לא נשאבים, אמר ג'אנג. לפני שנתיים היא ועמיתיה מצאו אשכול גנים בחיידקים דרך הפה המייצרים אנטיביוטיקה שלא ידועה בעבר. הם מצאו אשכול גנים נוסף שייצר קבוצה שונה של מולקולות דביקות המסייעות ליצירת ביו -סרטים.
אשכול הגנים החדש שדווח לאחרונה הוא הפגנה נוספת לחשיבות המטבוליטים המשניים של המיקרוביומה בבריאות האדם, בין אם בפה, במעיים, בעור או בכל איבר. הבנת המטבוליטים הדביקים הללו בפה, המכונה Mutanoclumpins, עשויה לעזור להפחית חללים.
"אנו מחפשים משהו שמתואם עם חללים, עם מחלה. אם יום אחד נוכל להוכיח כי בתנאים מסוימים, זו באמת מולקולה גרועה שתרצה למנוע, אנו עשויים לפתח מעכבים גנטיים או כימיים כדי לעכב את הייצור שלהם, ולכן יש לקוות שהחיידקים לא יהפכו אותם, ויש לך פחות חללים יותר," אמר ז'אנג. "בינתיים אנו מסתכלים גם על מולקולות אחרות המתואמות לבריאות, ומאפשרות אסטרטגיה פשוטה להנדס ישירות את החיידקים כדי ליצור יותר מהם."
מין אחד של חיידקים שיכולים להשתמש בדחיפה הוא Streptococcus salivariusשנראה כי הוא מקדם בריאות בעל פה ומשווק כיום כפרוביוטיקה בעל פה. לרוע המזל, גם אם זה מוכיח כפרוביוטיקה, זה לא מהווה ביופילם חזק שנדבק לשיניים ומתפוגג במהירות. ג'אנג מציע להוסיף מולקולות חזקות ליצירת ביו-פילם ש. סליבריוס כדי לבדוק אם החיידקים יכולים לעבוד טוב יותר כפרוביוטיקה.
ג'אנג אמר כי "העבודה העתידית שלנו תהיה ליצור מפה רחבה של אוסף המטבוליטים המתמחים הללו כדי לבדוק באופן קולקטיבי מה הקהילה הדינמית והמורכבת הזו בשיניים שלך," אמר ג'אנג.
עם זאת, יאו ציין כי "הדרך הטובה ביותר שתוכל להסיר את הביופילם על השיניים שלך היא לצחצח. אנו מאמינים שיש למעשה דרך טובה יותר לשבש את הביופילם הזה, אבל אנחנו רק מתחילים להבין מה המורכבות בתוך הפה."
ניקולס זיל וקולין צ'ארלס ברבר הם מחברים משותפים ראשונים עם יאו. מחברים משותפים אחרים הם Yongle DU, Rui Zhai, Eunice Yoon ו- Dunya Al Marzooqi מהמחלקה להנדסה כימית וביומולקולרית ופייג'ון לין, סטודנטית אורחת במכללה למחשוב, מדעי נתונים וחברה.
