חוקרים מאוניברסיטת רוטגרס-ניו ברונסוויק, יחד עם משתפי פעולה בינלאומיים, הציגו שיטה חדשה לזיהוי הסט החיוני של חיידקי המעי הנפוצים בבני אדם וחיוניים לבריאות.
החוקרים, שמחקרם פורסם ב תָא, אמר שהתגלית מציעה הזדמנויות חדשניות לתזונה מדויקת וטיפולים מותאמים אישית שמטרתן ניהול מחלות כרוניות הקשורות לחוסר איזון במיקרוביום במעיים, כולל סוכרת, מחלות מעי דלקתיות וסרטן.
מיקרוביום הליבה מתייחס לקבוצה של חיידקים במערכת העיכול הממלאים תפקיד קריטי בשמירה על תפקודים כמו עיכול, הגנה חיסונית ובריאות נפשית. כאשר מיקרוביום הליבה מצטמצם או אובד, זה יכול להוביל למצב המכונה דיסביוזיס – חוסר איזון בין חיידקים מועילים למזיקים במעיים. דיסביוזיס נקשרה למחלות כרוניות רבות, כולל מחלות מעי דלקתיות, הפרעות מטבוליות, מצבים נוירולוגיים, מחלת כליות כרונית וסוגי סרטן מסוימים.
מחקרים רבים הראו שהעברת מיקרוביוטה צואתית מועילה ממעי הגס בריא למעי הגס חולה יכולה להקל על מצבים אלו, מה שמצביע מאוד על כך שמיקרוביום ליבה חיוני לשמירה על בריאותנו.
המבנה החיוני של המיקרוביום הליבה – שתי קבוצות נפרדות של חיידקים, המכונה גילדת הקרן וגילדת הפתוביונט – עוסק באינטראקציות דינמיות ויציבות שהן חיוניות לתמיכה בבריאות האדם. תוך שימוש במודלים של בינה מלאכותית, גישת שתי הגילדות המתחרות מסווגת מקרים מבקרות על פני אוכלוסיות מגוונות, שאינן מושפעות ממוצא אתני, גיאוגרפיה או סוגי מחלות, וחוזה תגובות מותאמות אישית לאימונותרפיה בארבע מחלות שונות.
התחום עדיין לא הגיע לקונצנזוס לגבי מה בדיוק מהווה את המיקרוביום הליבה או כיצד לזהות במדויק את השחקנים המיקרוביאליים המרכזיים הללו.
שיטות קונבנציונליות של ניתוח מיקרוביום מגדירות לעתים קרובות את מיקרוביום הליבה תוך שימוש ביחידות טקסונומיות משותפות, כגון מינים או סוג, בתוך אוכלוסייה אנושית. עם זאת, לטסים אלה יכולים להיות רזולוציה מוגבלת. לדוגמה, בתוך מין בודד, עשויים להיות זנים מועילים ומזיקים כאחד. מין חיידקי המעי הידוע E. coli כולל בעיקר זנים שפירים, אך E. coli O157 עלול לגרום למחלות קשות הנישאות במזון.
מחקר חדש זה מתגבר על מגבלות אלו על ידי שימוש בגנום באיכות גבוהה המורכב ישירות ממערכי נתונים של רצף מטאנומי. כל גנום מסומן במזהה ייחודי אוניברסלי למעקב אחר ההתנהגות האקולוגית שלו. גישה ספציפית לגנום זו לא רק מספקת רזולוציה גבוהה לניתוח, תוך הימנעות מערבוב של אות עם רעש, אלא כוללת גנומים של חיידקים חדשים, בלתי ניתנים לסיווג שאינם מוגבלים על ידי מסדי נתונים לא שלמים.
המחקר שלנו מזהה את החיידקים במעיים שנשארים מחוברים, לא משנה אילו אתגרים מתמודד הגוף, כגון שינויים בתזונה או מחלה. על ידי התמקדות בחיידקים הגמישים והמקושרים הללו, פיתחנו שיטה חדשה לאיתור החיידקים החיוניים ביותר לשמירה על הבריאות שלנו".
ליפינג ז'או, יו"ר אוולי-פנטון למיקרוביולוגיה יישומית ופרופסור במחלקה לביוכימיה ומיקרוביולוגיה בבית הספר למדעי הסביבה והביולוגיה רוטגרס
גישה זו הובילה לזיהוי של שתי קבוצות שונות ומנוגדות של חיידקי מעי הליבה: גילדת הקרן המועילה וגילדת הפתוביונט הנחוצה אך העלולה להזיק.
גילדת הקרן חיונית לבנייה וייצוב של כל המיקרוביום של המעי. חיידקים אלו מפרקים סיבים תזונתיים ומייצרים חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFAs) כגון בוטיראט, שהן חיוניות לבריאות המעי על ידי תמיכה במחסום המעי, הפחתת דלקת ומשמשות כמקור אנרגיה לתאי המעי הגס. SCFAs גם קריטיים לדיכוי חיידקים מזיקים.
לעומת זאת, גילדת הפתוביונט, על אף שהיא נחוצה בכמויות קטנות לחינוך וערנות חיסונית, יכולה להניע את התקדמות המחלה כאשר היא הופכת דומיננטית מבחינה אקולוגית.
האיזון דמוי הנדנדה בין שתי הגילדות הללו הוא קריטי. כאשר גילדת הקרן שולטת, בריאות המעיים נשמרת. עם זאת, כאשר האיזון נוטה לטובת גילדת הפתוביונט, מתרחשת דיסביוזה, שעלולה להוביל לדלקת שעלולה להחמיר מצבים כרוניים שונים.
"המודל שלנו לא רק עוזר לנו לזהות את גילדות החיידקים הללו, אלא גם מראה כיצד ניתן לטפח אותן כדי לשמור על הדומיננטיות שלהן", אמר ג'או. "זה פותח אפשרויות חדשות לתזונה מותאמת אישית וטיפולים ממוקדים שיכולים להחזיר את האיזון במיקרוביום המעי".
בהתמקדות בגנים של פירוק הסיבים של גילדת הקרן, ניתן להמליץ על תזונה אישית כדי לתמוך בדומיננטיות האקולוגית של חיידקים מרכזיים אלה.
מודל שתי הגילדות המתחרות מספק גם שיטה חדשה וגם סטנדרט חדש לזיהוי חברים במיקרוביום הליבה. על ידי דרישה שהחברים במיקרוביום הליבה לא רק משותפים באוכלוסייה אלא מחוברים ביציבות למרות שינויים דרמטיים בסביבתם, המודל מציב רף חדש לחקר המיקרוביום, על פי ז'או.
ז'או והצוות שלו מתכננים לערוך סדרה של ניסויים כדי לחדד עוד יותר טיפולים מותאמים אישית שמטרתם לשחזר ולשמור על הדומיננטיות האקולוגית של גילדת הקרן בחולים עם דיסביוזיס חמורה. על ידי יישום מודל שתי הגילדות המתחרות במסגרות קליניות, הם שואפים לתרגם את המחקר שלהם לטיפולים מעשיים שיכולים לשפר משמעותית את תוצאות המטופלים במצבים שנחשבו בעבר בלתי הפיכים.
מחקר זה היה מאמץ משותף שכלל מומחים מ-Rutgers, אוניברסיטת שנגחאי ג'יאו טונג, בית הספר לרפואה של אוניברסיטת טאפטס ומוסדות אחרים. מכון ניו ג'רזי למזון, תזונה ובריאות בראטגרס, המכון הקנדי למחקר מתקדם (CIFAR), Notitia Biotechnologies Company והקרן Eveleigh-Fenton Endowed Chair Fund תרמו תמיכה כספית למחקר.
