يمكن للميكروبات الموجودة في أمعاء الثدييات أن تغير بشكل كبير استقلاب الأحماض الأمينية والجلوكوز لدى مضيفيها، حيث تعمل تقريبًا مثل الكبد الإضافي.

جاء ذلك وفقًا لدراسة ما قبل السريرية الجديدة التي أجراها باحثون في كلية طب وايل كورنيل، على ما أفاد به موقع ميديكال إكسبريس.

تضيف الدراسة، التي نُشرت في Cell Host & Microbe، إلى القائمة المتزايدة من الطرق التي يؤثر بها الميكروبيوم على علم وظائف الأعضاء، ويمكن أن تؤدي إلى استراتيجيات جديدة لعلاج حالات مثل مرض التهاب الأمعاء والسكري.

تأثير الميكروبات

في السنوات الأخيرة، اكتشف العلماء أن مليارات الميكروبات التي تعيش في جسم الإنسان وفيه تؤثر بشكل عميق على وظائف أعضاء الجسم.

أراد المؤلف الرئيسي الدكتور تشون جون جو، وهو أستاذ مساعد في علم الأحياء الدقيقة والمناعة في الطب وعضو في معهد جيل روبرتس لأبحاث أمراض الأمعاء الالتهابية في كلية طب وايل كورنيل، إلقاء نظرة أعمق على كيفية عمل الميكروبات الأساسية في تؤثر القناة الهضمية على وصولنا إلى العناصر الغذائية المستخرجة من الطعام الذي نتناوله.

وقال الدكتور قوه، وهو أيضا عضو في مركز فريدمان للتغذية: "إنهم يأكلون قبلنا، ويأخذون أولا العناصر الغذائية من الطعام الذي نستهلكه، ويتركون لنا ما يتبقى بعد أن يشبعوا احتياجاتهم الغذائية".

لفهم هذه العملية بشكل أفضل، قام المؤلف الأول الدكتور تينغ تينغ لي، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر غو، والمتعاونون، بتقييم مدى كفاءة البكتيريا المختلفة التي تعيش بشكل طبيعي في أمعائنا، والتي تسمى تعايش الأمعاء البشرية، والأحماض الأمينية المستنفدة، وهي اللبنات الأساسية للبكتيريا.

نظرًا لضعف وظائف التمثيل الغذائي للعديد من بكتيريا الأمعاء، قام الفريق بتجربة إعدادات مختلفة للعثور على الظروف المثالية لدراستهم.

وبعد فحص أكثر من 100 ميكروب من أمعاء الإنسان المختلفة، حدد الباحثون العديد منها ذات الكفاءة العالية في استقلاب الأحماض الأمينية الغذائية المختلفة.

عندما استعمرت هذه الميكروبات القناة الهضمية للفئران الخالية من الجراثيم - الفئران التي لم تكن تحتوي على ميكروبات في البداية - انخفضت مستويات تلك الأحماض الأمينية في أمعاء المضيف ومجرى الدم.

ثم حدد الفريق الجينات الأيضية البكتيرية المحددة التي تستنزف الأحماض الأمينية، وكانت قائمة طويلة.

وقال الدكتور جو: "لقد وجدنا أنه في بكتيريا واحدة، يوجد أكثر من 20 جينًا مختلفًا تشفر وظيفة إنزيمية مماثلة، ولأننا قمنا بتحسين تقنيات حذف الجينات CRISPR-Cas9 الخاصة ببكتيريا الأمعاء، فقد تمكنا من إجراء شاشة كبيرة لحذف الجينات وتحديد الجينات الأيضية في البكتيريا المسؤولة عن استنفاد الأحماض الأمينية".

أخذ العلماء النتائج التي توصلوا إليها من الخلايا المزروعة إلى الحيوانات، وأعطى الفئران الخالية من الجراثيم سلالات من البكتيريا المعدلة وراثيا، واحدة تلو الأخرى.

وقال الدكتور قوه: "يمكننا الآن معالجة الجينات الفردية بدقة لاستنزاف الأحماض الأمينية في القناة الهضمية، وهذا يسمح لنا بتقييم الوظيفة الفردية لهذه الجينات ومعرفة كيف تؤثر فعليًا على توازن الأحماض الأمينية المضيفة".

أنتج هذا العمل نتيجة مذهلة: من خلال استهلاك فئة معينة من الأحماض الأمينية، يمكن لميكروبات الأمعاء تغيير توازن الجلوكوز في الدم لدى مضيفها.

وكشف المزيد من التحليل أنه من خلال تغيير توافر الأحماض الأمينية، يبدو أن الميكروبات تؤثر على إنتاج الناقل العصبي السيروتونين، والذي بدوره يغير تنظيم الجلوكوز.

قال الدكتور قوه: "يمكن للكبد القيام بالكثير من هذه الوظائف الأيضية، لكننا وجدنا الآن أن هناك إنزيمات قابلة للمقارنة وظيفيًا مشفرة بواسطة الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء والتي يمكنها القيام بنفس الأشياء أو أشياء مشابهة، ويبدو الأمر كما لو أن هناك كبدًا ثانيًا يعمل في القناة الهضمية".

يقوم الفريق الآن بتصميم استراتيجيات جديدة لتعديل الإنزيمات البكتيرية بشكل أكثر دقة، ويبحثون في كيفية تأثير مجموعات مختلفة من البكتيريا على استقلاب الأحماض الأمينية للمضيف.

ومن المثير للاهتمام أن بعض الجينات نفسها التي تسلط الضوء عليها الدراسة الحالية تكون أيضًا غير منظمة في ميكروبات الأمعاء لدى المرضى الذين يعانون من أمراض الجهاز الهضمي والتمثيل الغذائي.

يمكن للأدوية التي تستهدف جينات ميكروبية معينة، أو سلالات البكتيريا المهندسة، أن توفر طرقًا جديدة لعلاج مثل هذه الحالات، وفقًا للدكتور جو.

وأضاف: "قد تكون هذه الجينات الأيضية مؤشرات حيوية محتملة لأمراض مثل مرض السكري من النوع الثاني أو مرض التهاب الأمعاء، كما أنها أهداف علاجية محتملة، ويوضح بحثنا إمكانية المعالجة الدقيقة للميكروبات المعوية لتنظيم عملية التمثيل الغذائي للمضيف وتحسين وظائف التمثيل الغذائي للمضيف".