أكبر أرشيف رقمي للميكروبات قد يُحدث تحولاً في البحث الصحي

غالبًا ما يتأثر العلم بالعالم غير المرئي للبكتيريا التي تتعايش معنا، تلعب هذه الكائنات الحية الدقيقة دورًا حاسمًا في أجسامنا، حيث تؤثر على كل شيء بدءًا من الهضم وحتى الحالة المزاجية.

قدم باحثون في جامعة جالواي مؤخرًا مجموعة مكونة من 247,092 نموذجًا حاسوبيًا لهذه البكتيريا، مما يمثل أكبر مكتبة رقمية للميكروبات تم إنشاؤها على الإطلاق.

يقدم مشروعهم، المعروف باسم أبولو، طريقة جديدة لدراسة الميكروبيوم دون الاعتماد على العمل المخبري البطيء.

نُشرت الدراسة في مجلة Cell Systems .

ويقود هذا الجهد الطموح البروفيسور إينيس ثيل، وهو باحث رئيسي في مؤسسة APC Microbiome Ireland ، ومقرها في جامعة كلية كورك.

كما أنها تدير مركز التوائم الأيضية الرقمي التابع لجامعة جالواي، حيث ولدت هذه المجموعة الضخمة من النماذج.

الميكروبات الرقمية غيرت قواعد اللعبة

يشتمل برنامج APOLLO على نماذج حاسوبية مفصلة تلتقط العمليات الأيضية لكل بكتيريا، وتتضمن هذه العمليات الطرق التي تحول بها الميكروبات العناصر الغذائية إلى طاقة ومنتجات ثانوية يمكن أن تؤثر على أجسامنا.

وتضم المكتبة أيضًا 14451 محاكاة مجتمعية تستند إلى عينات حقيقية من مختلف الفئات العمرية والقارات. ومن خلال تحليل هذه المجتمعات المجمعة، يمكن للعلماء البحث عن أنماط مرتبطة بأنظمة غذائية مختلفة ومراحل حياة ومخاطر الإصابة بالأمراض.

قال الدكتور سيريل ثينيس، العالم المشارك في المشروع في جامعة جالواي: “يمثل مشروع أبولو علامة فارقة رئيسية في نمذجة الميكروبيوم الشخصي على نطاق عالمي”.

وأشار الدكتور ثينيس إلى أن فحص البكتيريا الموجودة في أجسامنا أمر بالغ الأهمية لاكتشاف كيفية تأثيرها على الحالات الصحية في جميع أنحاء الجسم.

ربط الميكروبات بالصحة

الميكروبيوم عبارة عن مجموعة نابضة بالحياة من البكتيريا والفيروسات والكائنات الحية الدقيقة الأخرى. لطالما اشتبه العلماء في أن هذه الكائنات الحية تؤثر على صحة المناعة وامتصاص العناصر الغذائية والعديد من الأمراض المزمنة .

ومن أبرز ما يميز هذه المكتبة الجديدة قدرتها على اكتشاف سموم عصبية معينة أو جزيئات مفيدة. ومن خلال محاكاة النشاط البكتيري في الأمعاء، يستطيع الباحثون فهم الإشارات الأيضية التي قد تؤثر على الصحة العقلية والحالات المرتبطة بالدماغ بشكل أفضل.

تشير الأدلة إلى أن اختلال التوازن في البكتيريا المعوية قد يؤثر على مرض باركنسون. وقد يؤدي استكشاف هذه الروابط الدقيقة إلى فتح الباب أمام أدوات تشخيصية جديدة .

وعلى نطاق أوسع، يعمل هذا النهج القائم على البرمجيات على تسريع وتيرة البحث العلمي. فبدلاً من التعامل مع الميكروبات البطيئة النمو وظروف المختبر الصعبة، يستطيع العلماء اختبار الأفكار في الحاسوب، مما يسمح بالتوصل إلى رؤى سريعة والتعاون على المستوى التالي بين المؤسسات.

استهداف الأمراض باستخدام أدوات مخصصة

تكشف بعض المجتمعات الرقمية في هذه المكتبة عن روابط محتملة بأمراض مثل مرض كرون . وقد وجد الباحثون علامات أيضية قد تساعد في ابتكار طرق جديدة للكشف عن هذه الحالة الالتهابية أو تتبعها.

كما يمكن لبرنامج APOLLO محاكاة سلوك البكتيريا لدى الأطفال الذين يعانون من سوء التغذية. وقد يكون هذا الأمر ذا أهمية خاصة بالنسبة للجهود الصحية العالمية الرامية إلى معالجة آثار سوء التغذية لدى الأطفال.

من خلال تحديد سلالات بكتيرية معينة أو مستقلبات مرتبطة بحالة معينة، يمكن تطوير العلاجات. قد يقوم الأطباء بتعديل النظام الغذائي للشخص أو وصف البروبيوتيك المتخصص للمساعدة في إعادة التوازن إلى الأمعاء.

وأوضحت البروفيسورة ثيل أن “الميكروبيوم البشري يلعب دورًا حيويًا في الصحة والمرض، حيث يتفاعل ديناميكيًا مع مضيفه”. وأكدت أن هذه النماذج الرقمية تسمح بإلقاء نظرة فاحصة على كيفية استجابة الميكروبات للتدخلات المختلفة.

ما وراء الأمعاء

على الرغم من أن معظم الناس يربطون بين بكتيريا الأمعاء والهضم، إلا أن الميكروبات تسكن أيضًا في الفم والجلد ومناطق أخرى من الجسم. وتغطي بيانات APOLLO مواقع متعددة من الجسم، مما يعكس التنوع الجغرافي والديموغرافي الواسع للسكان المعاصرين.

غالبًا ما تمتلك المجتمعات غير الغربية أنماطًا بكتيرية مميزة قد تحمل أدلة حول القدرة على الصمود في مواجهة أمراض معينة. قد تساعد دراسة هذه الاختلافات في توجيه تدابير الصحة العامة بشأن استخدام المضادات الحيوية والإرشادات الغذائية.

يساعد هذا المنظور الأوسع الباحثين على فهم كيفية تأثير الظروف المعيشية المختلفة على النظم البيئية الميكروبية. ومن خلال مقارنة العديد من السكان، يأمل العلماء في تحديد الأنماط المرتبطة بنتائج صحية أفضل.

نماذج الميكروبات الرقمية للرعاية الصحية

تمثل هذه النماذج الرقمية موردًا متطورًا للرعاية الصحية الشخصية. ومن خلال دمج بيانات المرضى مع محاكاة الميكروبيوم، قد يقترح الأطباء قريبًا علاجات أكثر استهدافًا.

لا تزال التجارب على البشر ضرورية، لكن العمل الحاسوبي يساعد في تحسين الأفكار الأكثر إيجابية. وبدلاً من إضاعة الوقت في التخمينات العامة، يمكن للمتخصصين تحديد الاستراتيجيات التي تظهر أكبر قدر من الإمكانات في الاختبارات الرقمية بسرعة.

يرى الخبراء مستقبلًا حيث يمكن للتوائم الرقمية للمرضى التنبؤ بالتفاعلات بين النظام الغذائي والدواء والميكروبيوم. وقد يؤدي هذا إلى الحد من التجربة والخطأ، مما يوفر علاجات أكثر دقة للجمهور.

يثبت برنامج APOLLO أن النمذجة واسعة النطاق يمكن أن تعمل خارج المختبر النموذجي. وهو يمثل خطوة نحو جعل هذه المحاكاة أكثر شمولاً وسهولة في الوصول إليها.

الآن، أصبح بوسع الفرق في مختلف أنحاء العالم الاستفادة من هذا المورد واكتشاف روابط صحية جديدة. وقد يؤدي البحث في نهاية المطاف إلى تحقيق اختراقات في التشخيص وتطوير الأدوية وعلوم التغذية.