גישת אקולוגיה הפוכה חושפת מורכבות נסתרת במיקרוביום של המעיים

המעי האנושי מכיל מערכת אקולוגית מורכבת של טריליוני מיקרואורגניזמים (המיקרוביום), המשפיעה על העיכול, על המערכת החיסונית ועל חילוף החומרים. צוות מחקר בראשות אוניברסיטת וינה השתמש בגישה האנליטית 'אקולוגיה הפוכה' כדי להדגים שמינים רבים של חיידקי מעיים ידועים מורכבים מכמה קבוצות שונות מבחינה אבולוציונית שהסתגלו לתנאים שונים במעיים. חלק מאוכלוסיות אלו קשורות לגיל מתקדם, מחלות מעי דלקתיות כרוניות, סרטן המעי הגס וסוכרת מסוג 2. הממצאים פורסמו כעת ב טֶבַע ועשוי לשפר בעתיד את החיפוש אחר סמנים ביולוגיים ובטווח הארוך לאפשר טיפולים מדויקים יותר.

מחקרי מיקרוביום בדרך כלל מסווגים חיידקים למינים שלמים או קבוצות דומות מבחינה גנטית. בעוד שקטגוריות אלו הן מעשיות, הן אינן משקפות בהכרח את האוכלוסיות שהסתגלו לתנאים שונים בגוף האדם. כתוצאה מכך, לעתים קרובות נותר לא ברור אילו חיידקים קשורים למחלות, שהן מקריות בלבד – ואשר עשויות להציע הגנה. זה מעלה שאלת מפתח: האם ניתן לזהות יחידות ביולוגיות מדויקות יותר שצמחו באמצעות הסתגלות ותופסות נישות אקולוגיות שונות במעיים?

לגבי המחקר

צוות המחקר ניתח אלפי מבודדים של חיידקים מהמעי האנושי, כמו גם נתונים מטאנומיים נרחבים – כלומר, המידע הגנטי המלא של קהילות מיקרוביאליות במדגם – מאנשים במדינות שונות ועל פני קבוצות גיל ובריאות שונות. באמצעות שיטה ביואינפורמטית חדשה שפותחה במסגרת 'אקולוגיה הפוכה' – גישה המסיקה התאמות אקולוגיות מנתונים גנומיים – חיפשו החוקרים עקבות גנטיים של הסתגלות מוצלחת.

יותר ממין אחד

מעניינות במיוחד היו אינדיקציות של מה שנקרא "סלקטיביות סלקטיבית ברחבי הגנום" – תהליכים שבהם אדם רוכש מוטציה מועילה ובכך עוקר פרטים אחרים הקשורים קרוב. מצד אחד, זה מוביל לאובדן הגיוון; מצד שני, היא מולידה אוכלוסיות של פרטים שהן מאוד הומוגניות מבחינת קרבה ותפקוד, ולכן בולטות זו מזו בבירור במערך הנתונים. הניתוח הראה שמינים רבים של חיידקי מעיים ידועים מסתעפים לכמה שושלות כאלה. נראה שאוכלוסיות אלה שונות בתנאים שבהם הן משגשגות טוב במיוחד. "אם לא רק סופרים מינים אלא לוקחים בחשבון הסתגלות אבולוציונית, אפשר לזהות את היחידות הרלוונטיות מבחינה ביולוגית במיקרוביום בצורה הרבה יותר מדויקת", אומרת המחבר הראשי Xiaoqian Annie Yu, המרכז למיקרוביולוגיה ומדעי מערכות הסביבה (CeMESS), אוניברסיטת וינה. "אפילו בתוך אותו מין חיידקי, אוכלוסיות מסוימות מתרחשות בתדירות גבוהה יותר מאחרות במחלות מסוימות. כאשר כולן נחשבות יחד, הדבר נשאר לרוב נסתר".

התפשטות עולמית בתוך כמה עשורים

החוקרים גם מצאו ראיות לכך שאוכלוסיות תחרותיות מאוד יכולות להתפשט במהירות על פני יבשות – במקרים מסוימים תוך כמה עשורים. עד כה, דפוס כזה נצפתה בעיקר בפתוגנים.

הממצאים שלנו מראים שחיידקי המעי הם גם דינמיים יותר ממה שחשבו בעבר. זנים מותאמים היטב יכולים להתפשט בעולם ולתפוס נישות אקולוגיות חדשות".

מרטין פ. פולץ, אוניברסיטת וינה

זה מצביע על כך שלא רק תזונה, תרופות או אורח חיים מעצבים את המיקרוביום, אלא שגם תהליכי העברה בין אנשים יכולים למלא תפקיד חשוב.

נקודות מבט חדשות לרפואה ודיאגנוסטיקה

המחקר פותח אפשרויות חדשות למחקר מיקרוביום. במקום לקשר בין מיני חיידקים שלמים למחלות, ייתכן שבעתיד ניתן יהיה למקד ספציפית לאותן אוכלוסיות שהן למעשה משמעותיות. זה יכול לשפר את החיפוש אחר סמנים ביולוגיים ובטווח הארוך לאפשר טיפולים מדויקים יותר – למשל, על ידי קידום ספציפי של זני חיידקים מועילים או דיכוי של זני חיידקים בעייתיים. כשלב הבא, הצוות מתכוון לחקור אילו גנים מבחינים בין האוכלוסיות שזוהו זו מזו ואילו פונקציות ביולוגיות קשורות אליהן.

תַקצִיר

• מינים רבים של חיידקי מעיים מורכבים מכמה אוכלוסיות שונות מבחינה אבולוציונית.
• חלק מאוכלוסיות אלו קשורות להזדקנות, סרטן המעי הגס, מחלות מעי דלקתיות וסוכרת מסוג 2.
• שושלות מוצלחות יכולות להתפשט ברחבי העולם בתוך כמה עשורים.
• גישה זו יכולה לאפשר אבחון מדויק יותר וטיפולי מיקרוביום ממוקדים יותר.