תזונה אחראית ליותר ממחצית מכל מקרי המוות בקרב ילדים מתחת לגיל חמש ברחבי העולם. אלה ששורדים עדיין יכולים לחוות השלכות לכל החיים כמו עיכובים קוגניטיביים והתפתחותיים, פגיעה בביצועים אקדמיים, חוסר יציבות כלכלית ותוצאות בריאות שליליות. סוגיית בריאות הציבור העצומה הזו דורשת פתרונות. המחקרים האחרונים מצביעים על מיקרוביומה בטן-החיידקים המגוונים, הנגיפים והמיקרובים האחרים החיים במעיים שלנו-כמקום נהדר להתחיל בו.
חוקרי מכון סאלק חיפשו קשרים בין תת תזונה (סוג של תזונה), בריאות מיקרוביומה וצמיחת ילדות בקבוצה של פעוטות ממלאווי, מדינה אפריקאית עם שכיחות גבוהה במיוחד של פעלולים בילדים (35 אחוז). הם אספו דגימות צואה משמונה ילדים במהלך כמעט שנה כדי לזהות דפוסים מיקרוביאליים הקשורים לצמיחת ילדים. המחקר מצא כי ילדים שהגנום המיקרוביאלי של המעיים השתנו יותר לאורך זמן נטו לצמיחה גרועה יותר, מה שמרמז כי יציבות המיקרוביומה עשויה להיות סימן חשוב לבריאות הבטן הטובה.
החוקרים השתמשו גם במערך הנתונים החדש הזה כדי להקים את קטלוג הגנום החיידקי התחתון הראשון אי פעם. המשאב מכיל את הפרופילים הגנטיים המלאים של 986 חיידקים-קביניים המכונים "פנגנום"-נולד בדגימות הצואה. זה יהיה משאב בריאותי ציבורי קריטי לחיזוי, מניעה וטיפול בתזונה. הצוות גם הקים זרימת עבודה חדשה ליצירת קטלוג זה, החוסך לחוקרים זמן וכסף תוך שמירה על דיוק נתונים. ניתן להשתמש בשיטה שלהם לבניית משאבי גנום לתנאים בריאותיים אחרים, לפקח על מיקרוביומות סביבתיות וחקלאיות, לעקוב אחר המגוון הביולוגי ולאפשר מחקר מטגנומי במקומות מרוחקים.
הממצאים, שנעשו בשיתוף פעולה עם עמיתים בבית הספר לרפואה באוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס ובאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו, פורסמו במקום תָא ב- 9 בספטמבר 2025.
למרות עשור של מחקר המקשר בין המיקרוביומה לבין תזונה, הגורמים הגנטיים והביולוגיים נותרו תעלומה בגלל חוסר רזולוציה במיקרובים במעיים. על ידי שימוש ברצף גנום מתקדמים וגישות פנגנומיות בעיצוב אורכי, הצלחנו לראשונה להצביע על שינויים מיקרוביאליים ספציפיים הקשורים לצמיחה לקויה, ולפתוח את הדלת לאבחון או לטיפול טיפולי חדש שיכולים לעזור לטפל במשבר המשפיע על יותר מ -150 מיליון ילדים ברחבי העולם. "
טוד מייקל, סופר בכיר בתאריך משותף, פרופסור למחקר בסלק
מה שאנחנו יודעים על הקשר בין תת תזונה למיקרוביומה
אחד המחקרים הראשונים שקיבלו קשר סיבתי בין המיקרוביומה, התזונה ותת תזונה קשה פורסם בשנת 2013. החוקרים השתילו מיקרוביוטה מילדים חסרי תזונה קשים לעכברים, האכילו אותם תזונה דמויי מלאווי וצפו בעכברים אלה לרדת במשקל כמו עמיתיהם האנושיים. תוצאה זו התחקה אחר קו ישיר מבריאות מיקרוביומה לתזונה. מחבר אחד של העיתון ההוא, מארק מאנרי, פרופסור לרפואת ילדים ברפואה וושו, הוא מחבר משותף לתאריך במחקר החדש של סאלק.
במחקר האחרון, חוקרי SALK התקרבו לתזונה תת-תזונית, סוג של תת תזונה הנובע מספיגת חומרים מזינים לקויים בגלל חוסר יכולת לעבד חומרים מזינים ביעילות או תזונה של חומרים מזינים. מדד אחד המשומש באופן נרחב של תת תזונה הוא ציוני אורך לגיל (LAZ), העוקבים אחר גובהם של ילדים בהשוואה לציפיות הנגזרות מאוכלוסייה לגילם ולמין.
LAZ נמוך מצביע על צמיחה לא מספקת לגיל הילד, ועל עקביות LAZ נמוך או מחמיר לאורך זמן קשור לרוב לדלקת מעי כרונית או לקוי בתפקוד במעי הסביבתי. מדענים מצאו דלקת בטן כרונית, יכולים לנבוע מחיידקים לא מתפקדים הפוגעים ביכולת הגוף לעבד ולספוג חומרים מזינים.
בין העדויות לכך שבריאות המיקרוביומה ותזונה משפיעים ישירות זה על זה, לבין מחקרים המצביעים על חיידקים לא מתפקדים כגורם אחד להחמרת התזונה, לצוות סאלק היו שתי יעדים חדשים: 1) ליצור ספרייה מקיפה עבור המגוון העצום של מיקרוביוטה של בטן הקיימת אצל ילדים עם החמרה ושיפור LAZ, ו- 2) מעריכים אם התוכן הגנטי של החיידקים הוא חזוי או קשור לתזונה.
הקמת ספריית מיקרוביומה חדשה
גנטיקאים חותכים יחד גנומים המשתמשים בשני סוגים של טכנולוגיות, הנקראים רצף "קריאה קצרה" ו"קריאה ארוכה ". רצף קריאה קצר שובר את ה- DNA לשברים קטנים רבים שאורכו 50 עד 300 זוגות בסיס, ואילו רצף ארוך קריאה שובר את ה- DNA לפחות שברים גדולים יותר שאורכו 5,000 עד 4,000,000 זוגות בסיס. לאחר פירוק, ניתן להרכיב מחדש את הגנום כמו להרכיב חידה. הרבה יותר קל להחזיר חידה ארוכת שנים, כפי שאתה יכול לדמיין, הרבה יותר קל להחזיר את ההשלמה של פאזל בן 10 חלקים ולא של 1,000 חלקים.
במיקרוביומה של בטן עשויה להיות מאות מינים או זנים, כמו קופסת פאזל יחידה עם הרבה חידות קטנות יותר בפנים. שימוש ברצף לקריאה ארוכה פירושו פתיחה של התיבה הזו כדי למצוא 200 חידות 10 חלקים, ולא 200 1,000 חלקים. צוות סאלק התחבר לחידות ארוכות קריאה מדגימות צואתיות של שמונה פעוטות על פני קשת של שיפור והחמרה של ציוני LAZ.
"דגימה ומדידה אורכיים, חמש פעמים במשך 11 חודשים, אפשרו הערכה ייחודית של שינוי בתוך ובין הילד לאורך זמן במיקרוביומה וצמיחה," אמר הסופר המשותף קווין סטפנסון, עוזר פרופסור ב- Wasu Medicine. "נתונים אלה יכולים להציע תובנות שמוסתרות אחרת בניתוחים חתכים פשוטים."
עם רצף לקריאה ארוכה, הצוות אסף גנום מיקרוביוטה שלם פי 50 יותר ממה שהיה אפשרי עם רצף קריאה קצר.
"זה לא היה אפשרי עם טכנולוגיית קריאה קצרה", אומר הסופר הראשון ג'רמיה מיניץ ', חוקר פוסט-דוקטורט במעבדה של מייקל. "מצאנו את זרימת העבודה היעילה, המדויקת והחסכית ביותר, החל, יישמנו את זרימת העבודה כדי לנתח דגימות אנושיות פי 10 עד 20 מכפי שכל אחד ניתח בעבר, ויצא בסוף השני עם משאב גנום חשוב ביקורתית לתת-תזונה."
משאב הגנום הסופי מכיל 986 גנומים מיקרוביאליים שלמים, שעשרות מהם הם חדשים לחלוטין. עם הקמת הספרייה המקיפה הזו, השלב הבא היה למצוא דפוסי מיקרוביוטה הספציפיים לתזונה.
מה הצוות מצא
החוקרים השתמשו בכלי השוואה חדשים של פנגנום, שפותחו בחלקם במעבדה של מייקל, כדי לסרוק במהירות את הספרייה החדשה שלהם של 986 מיקרוביוטה. ראוי לציון, בתוך סוג נתון (צעד סיווג אחד מעל המינים), הם מצאו הבדלים גנטיים בגנומים חיידקיים בין ילדים עם שיפור לעומת החמרת צמיחה בארבע סוגים (Bifidobacterium, megasphaera, faecalibacterium, וכן PROVOTELLA).
אך מעניין יותר מחיידקים ספציפיים אלה היה תצפית על מגוון הגנום החיידקי לאורך זמן.
"הניתוח שלנו הראה שלילדים עם שיפור הצמיחה היו פנגנומים מיקרוביאליים יציבים בתוך מינים, בעוד שלאלה עם צמיחה מקרטעים היו פנגנומים מיקרוביאליים לא יציבים", אומר Manary. "יתכן שניתן יהיה להעריך את בריאות הבטן ולאסוף את הנתונים המכריעים של בריאות הציבור על ידי מדידת המגוון הגנטי של מיקרוביומה במעיים."
מה הלאה למחקר מיקרוביומה תת תזונה
המחקר משיג ארבע פעולות מדהימות בכל טכנולוגיית המעבדה ובריאות הציבור. ראשית, הצוות אסף דגימות קליניות אנושיות פי 10 עד 20 מכל מחקר קודם בתחום. שנית, הם הרכיבו את הספרייה המיקרוביאלית האורכית הראשונה, מתחת לתזונה, המכילה 986 גנום שלם של מיקרוביוטה. שלישית, הם זיהו חיידקים וגנים ספציפיים בקרב מינים הקשורים לתזונה תת תזונית ומצאו כי חוסר יציבות בגנום מיקרוביאלי לאורך זמן היה קשור לצמיחת ילדים לקויה. ולבסוף, הם אופטימיזציה של זרימת עבודה של רצף ארוך זמן שניתן ליישם כעת על פני תחומים מדעיים.
"כאשר מיושמים במעבדות מולקולריות מרוחקות ומבוססות שדה, רצף הגנום והגישות הפנגנומיות שפיתחנו יכולים לספק תובנות בזמן אמת לא רק למעקב מגיפה, עמידות לאנטיביוטיקה ומחלות זיהומיות, אלא גם לתפוקה חקלאית, פיקוח על הסביבה ושמירת המגוון הביולוגי," אומר מיכאל. "זו התקדמות טכנולוגית עוצמתית שמרחיבה את טווח ההגעה של הגנומיקה ומציבה תקן חדש למחקר מדעי בתחום."
מחברים אחרים כוללים את ניקולס אלסינג, נולן הרטוויק, אלן ממרטו וטיפני דואונג מסאלק; מ. עומר דין, קייטריונה ברנן, לורן הנסן ורוב נייט מאוניברסיטת UC סן דייגו; מייקל טיזה ודניאל מקדונלד ממכללת ביילור לרפואה; קנת מלטה מאוניברסיטת קמוזו למדעי הבריאות במלאווי; ג'סטין שפר מאוניברסיטת קליפורניה; ואמילי מוריי ממוסד סאלק וסקריפס לאוקיאנוגרפיה.
העבודה נתמכה על ידי קרן NOMIS, קרן טאנג גנומיקה, הקרן הלאומית למדע והסוכנות האמריקאית לפיתוח בינלאומי.
