המיקרוביום האנושי ממלא תפקיד קריטי בבריאותנו, ומשפיע על כל דבר, החל מהתפתחות מחלות וכלה בתגובות הטיפול. הקשר הזה תפס את תשומת הלב של מדענים ברחבי העולם, להוטים לגלות את סודותיו. בעוד שהמטגנומיקה המסורתית סיפקה תובנות חשובות, היא נופלת בפתרון המגוון המיקרוביאלי ברמת הזנים ובפרופיל מדויק של גנים המעורבים בעמידות לאנטיביוטיקה. מגבלות אלו מדגישות את הצורך בגישות מתקדמות יותר.
כדי להתמודד עם זה, צוות חוקרים בראשות פרופסור-משנה Masahito Hosokawa, מאוניברסיטת Waseda, בשיתוף עם bitBiome, Inc., פיתח גישה פורצת דרך של גנום חד-תא. גישה זו, הקוראת מידע מתאי בודדים, מציעה אלטרנטיבה מבטיחה למטאנומיה קונבנציונלית. מחקר זה, שפורסם ב מיקרוביום ב-02 באוקטובר 2024, בוחן את המגוון המיקרוביאלי ואת התכונות הגנטיות באמצעות ניתוח גנומי חד-תא.
"ההגבלה של המטגנומיקה נתנה לנו השראה לפתח גישה חדשה לחקור את המיקרוביום האנושי ברמת התא החד-תאי.. גישת הגנום החד-תאי הזו יכולה לשפר את ההבנה שלנו לגבי האופן שבו חיידקים מקיימים אינטראקציה ומחליפים חומר גנטי כולל גנים של עמידות לאנטיביוטיקה, ומספקת תובנות מעמיקות יותר לגבי בריאות האדם ומחלותיהם." אומר הוסוקאווה.
החוקרים ערכו ניתוח אינדיבידואלי רחב היקף של חיידקים בגוף האדם. לשם כך הם גייסו 51 משתתפים ואספו את דגימות הרוק והצואה שלהם. לאחר מכן הם ביצעו שיטת ניתוח גנום חד-תאי חדשה בשם SAG-gel technology, ממוסחרת כ-bit-MAP® על ידי bitBiome, Inc. בטכניקה זו, חיידקים בודדים היו סגורים בג'ל והגנום שלהם הוגבר ונותח בנפרד.
החוקרים גילו גנומים של 300 מינים של חיידקים באמצעות טכניקה חדשה זו שהוחמצו בשיטה הקונבנציונלית. בנוסף, הטכניקה החדשה סיפקה תובנות מעמיקות יותר לגבי גנים של עמידות לאנטיביוטיקה, רשתות חילופי גנים, אינטראקציה חיידקית וגיוון.
"המחקר שלנו ניתח 30,000 גנומים בודדים של חיידקי הפה והמעי, שהוא מערך הגנום הגדול בעולם, מציג את הכוח של גנומיקה חד-תאית בהבהרת המגוון והאינטראקציות המיקרוביאליות", אומר הוסוקאווה.
לממצאי מחקר זה יש מספר יישומים פוטנציאליים. בבריאות הציבור, הפרופיל המפורט של גנים העמידות לאנטיביוטיקה יכול לעזור בפיתוח אסטרטגיות טיפול ממוקדות ויעילות יותר. זה בתורו יכול לסייע במניעת מחלות, להפחית את עלויות שירותי הבריאות ולשפר את בריאות הציבור. בניטור סביבתי, גנומיקה חד-תאית יכולה לעקוב אחר שינויים גנטיים על פני מערכות אקולוגיות כדי לנהל ולמנוע את התפשטות העמידות לאנטיביוטיקה. במגזר החקלאי, הבנת הדינמיקה של גנים של עמידות לאנטיביוטיקה יכולה להנחות שיטות עבודה כדי למזער את התפשטות העמידות דרך אדמה, מים ובעלי חיים.
המחקר מדגיש את הפוטנציאל הטרנספורמטיבי של גנומיקה של תא בודד בחקר המיקרוביום, ומציע הבנה מפורטת וניואנסית יותר של קהילות מיקרוביאליות.
"הגישה שלנו מספקת רמזים כדי להבין טוב יותר כיצד עמידות לאנטיביוטיקה מתפשטת בחיידקים ויש לה פוטנציאל ליישומים רפואיים ובריאות הציבור בעתיד" מסכם הוסוקאווה.
