تقدم دراسة الميكروبيوم العالمية رؤية جديدة للمخاطر الصحية المشتركة

تتكون أجسامنا من حوالي 30 تريليون خلية بشرية ، لكنها تستضيف أيضًا حوالي 39 تريليون خلية ميكروبية. هذه المجتمعات المزدحمة من البكتيريا والفيروسات والطفيليات والفطريات في أمعائنا وفي أفواهنا وعلى بشرتنا وفي أي مكان آخر - تسمى مجتمعة الميكروبيوم البشري - لا تتكون فقط من مسببات الأمراض الكامنة. بدلاً من ذلك ، كما يقدر العلماء بشكل متزايد ، تشكل هذه الميكروبات أنظمة بيئية ضرورية لصحتنا. تهدف مجموعة متنامية من الأبحاث إلى فهم كيف يمكن لاضطرابات هذه الأنظمة الدقيقة أن تحرمنا من العناصر الغذائية التي نحتاجها ، وتتداخل مع هضم طعامنا ، وربما تسبب آلامًا لأجسامنا وعقولنا.

لكننا ما زلنا نعرف القليل جدًا عن الميكروبيوم لدينا لدرجة أننا بدأنا للتو في الإجابة عن سؤال أكثر أهمية: من أين تأتي هذه الميكروبات؟ هل يمكن أن ينتقلوا من أشخاص آخرين مثل فيروس الزكام أو حشرة المعدة؟

الآن ، قدم أكبر وأشمل تحليل لانتقال الميكروبيوم البشري بعض الأدلة المهمة. وجدت الأبحاث التي قادها علماء الجينوم في جامعة ترينتو في إيطاليا تلميحات إلى أن الكائنات الميكروبية تقفز على نطاق واسع بين الناس ، خاصة بين أولئك الذين يقضون الكثير من الوقت معًا. الموجودات، تم نشره في يناير في الطبيعة، وسد الثغرات المهمة في فهمنا لكيفية تجميع الناس للميكروبات الخاصة بهم وإعادة صياغتها طوال حياتهم.

أشاد علماء آخرون بالدراسة. خوسيه كليمنتي ليترانأشاد ، أستاذ مشارك في علم الوراثة وعلوم الجينوم في كلية Icahn للطب في Mount Sinai ، بالعمل باعتباره "رائعًا" وقال إنه قدم أول مقياس واضح لمقدار المشاركة المتوقعة بين أفراد الأسرة أو أولئك الذين يعيشون معًا.

تغذي الدراسة أيضًا تكهنات مثيرة للاهتمام حول ما إذا كانت الميكروبات يمكن أن ترفع أو تقلل من مخاطر الإصابة بأمراض مثل مرض السكري أو السرطان - وبالتالي تضفي بُعدًا قابلاً للانتقال إلى الأمراض التي لا تعتبر عادةً معدية. ل بريت فينلي، أستاذ علم الأحياء الدقيقة بجامعة كولومبيا البريطانية الذي كتب تعليق For علوم في عام 2020 حول هذا الاحتمال ، "وضعت النتائج المسمار الأخير في نعش أنه ربما لا ينبغي تسمية الأمراض غير المعدية بذلك."

تنوع لا يسبر غوره

تشبه الميكروبيوم بصمات الأصابع: فهي متنوعة جدًا بحيث لا يمكن أن يكون لشخصين متطابقتين. إنها أيضًا ديناميكية بشكل لا يصدق - تنمو وتتقلص وتتطور كثيرًا طوال حياة الشخص بحيث سيبدو ميكروبيوم الطفل مختلفًا تمامًا بحلول الوقت الذي يكبر فيه. تم العثور على حفنة من الأنواع الميكروبية في أكثر من 90٪ من الناس في المجتمعات الغربية ، ولكن معظم الأنواع توجد في 20٪ إلى 90٪ من الناس. (حتى كولاي، التي ربما تكون البكتيريا المعوية الوحيدة التي يمكن أن يسميها معظم الناس ، يقل تكرارها عن 90٪.) تشير الدراسات إلى أن المجتمعات غير الغربية لديها تنوع أكبر من الميكروبات وميكروبات أكثر تنوعًا.

ضمن مجموعة سكانية ، عادة ما يكون لدى أي شخصين تم اختيارهما عشوائيًا أقل من نصف أنواع الميكروبيوم الخاص بهم - في المتوسط ​​، يكون التداخل في التركيب الميكروبي للأمعاء بين 30٪ و 35٪. يناقش علماء الأحياء الدقيقة ما إذا كانت هناك مجموعة "أساسية" من الأنواع الميكروبية التي يمتلكها جميع الأشخاص الأصحاء ، ولكن إذا كانت موجودة ، فمن المحتمل أن تكون نسبة من رقم واحد من الإجمالي.

ومع ذلك ، فإن تحديد عدد المرات التي تنتقل فيها الميكروبات بين البشر يمثل مشكلة أكبر بكثير من البحث عن الأنواع. يمكن أن يتكون نوع واحد من العديد من السلالات المختلفة ، أو المتغيرات الجينية. لذلك يحتاج الباحثون إلى أن يكونوا قادرين على تحديد السلالات الفردية من خلال النظر في الجينات في عينات الميكروبيوم. وفي الميكروبيوم البشري ، قد يوجد ما بين 2 مليون و 20 مليون جين جرثومي فريد ، حيث تقوم الميكروبات باستمرار بإعادة خلط جيناتها ، وتتحول وتتطور.

هذا هو السبب في أن تعلم كيف أن العديد من الخلايا في انتشار الميكروبيوم "أكثر صعوبة بكثير من تعلم كيفية تتبع انتشار أحد مسببات الأمراض" ، كما قال ميريا فاليس كولومر، زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة ترينتو والمؤلف الأول للدراسة الجديدة. حتى وقت قريب ، كان تتبع السلالات من خلال السكان أمرًا مستحيلًا.

في 2010 ، متى نيكولا سيجاتا بدأت أولاً في تحليل مجموعات البيانات الجينية الضخمة لمشروع الميكروبيوم البشري كطبيب ما بعد الدكتوراة في جامعة هارفارد ، وكانت الأدوات المتاحة تفتقر إلى الدقة اللازمة لتحديد الأنواع الموجودة في الميكروبيوم البشري. تمكنوا من تحديد المجموعة التصنيفية العامة التي تنتمي إليها الكائنات الحية الدقيقة ، ولكن كان ذلك بمثابة تضييق نطاق موقع شخص ما في الغرب الأوسط الأمريكي.

على مدى السنوات القليلة التالية ، وجدت مختبرات مختلفة أدلة على أن التفاعل الاجتماعي والعيش في الجوار قد أثر على الميكروبيوم من الرئيسيات والفئران. أجريت دراسات على البشر مجموعات معزولة نسبيًا في بابوا غينيا الجديدة وأماكن أخرى وجدت أيضًا توقيعات على مشاركة الميكروبات. حتى أن البعض وجد آثارًا محتملة انتقال من الحيوانات الأليفة. ولكن بسبب قيود تلك الدراسات ، لم يكن من الواضح مقدار انتقال العدوى وما إذا كان يحدث في كل مكان بنفس الدرجة.

تغير هذا بعد أن أنشأ Segata مختبره في جامعة ترينتو في عام 2013. بدأ هو وفريقه في إنشاء وتحسين أدوات الميتاجينوميات التي يمكن أن تميز بين سلالات من نفس النوع ، مما جعل من الممكن دراسة انتقال الميكروبيوم بمزيد من التفصيل.

بدأت Segata التحقيق في هذا السؤال في عام 2018 من خلال تحليل ميكروبات الأمهات وأطفالهن. وأكدت النتائج التي توصلت إليها مجموعته والعديد من الدراسات الأخرى الشكوك السابقة بأن هناك قدرًا هائلاً من انتقال العدوى من الأم إلى الطفل ، مثل أن الأم "تطبع الميكروبيوم عند الولادة" ، على حد قول سيجاتا. أظهر العمل الأخير أن الأمهات يواصلن تشكيل الميكروبيوم من أطفالهم خلال السنوات القليلة الماضية.

وقالت سيغاتا إن تنوع الميكروبيوم يتغير بشكل كبير بين الطفولة والبلوغ ، لذا فإن هذا الميراث المبكر من الأمهات "لا يفسر الميكروبات التي نراها في البالغين". في تجارب المتابعة ، استبعد الباحثون إلى حد كبير احتمال أن الميكروبات الجديدة جاءت من الطعام الذي أكله الناس ، لأن تلك الميكروبات لم تكن قادرة على استعمار الأمعاء جيدًا.

لذا "يجب أن يكون الإرسال" ، قال Segata. "يجب أن يكون ما لدينا في القناة الهضمية يأتي من أمعاء الأفراد الآخرين."

تقاسم مع العائلة والأصدقاء

من أجل التحليل العالمي الجديد للميكروبيوم ، صقل Segata و Valles-Colomer وزملاؤهم أدواتهم بما يكفي للتعرف على الأنواع غير المعروفة سابقًا والسلالات المختلفة من نفس النوع. باستخدام هذه الأدوات ، قاموا بفحص أكثر من 9,700 عينة من البراز واللعاب من 20 دولة في خمس قارات ، والتي تمثل مجتمعات ذات أنماط حياة متنوعة للغاية وتغطي النطاق الكامل لعمر الإنسان والعديد من الترتيبات المعيشية المختلفة. لقد تتبعوا أكثر من 800,000 سلالة من الميكروبات بين العائلات ، ورفاق السكن ، والجيران والقرى وحساب النسبة المئوية للأنواع المشتركة التي كانت من نفس السلالة.

كما توقعوا ، وجدوا أن أكبر مشاركة في السلالات حدثت بين الأمهات والرضع في السنة الأولى من العمر - حوالي 50٪ من الأنواع المشتركة الموجودة في أحشاء الرضع كانت سلالات تنتشر من الأم. تضاءل تأثير الأم مع مرور الوقت - حيث انخفض من 27٪ في سن 3 إلى 14٪ بحلول سن 30 - لكنه لم يختف. تبين أن بعض كبار السن في الصين لا يزالون يتشاركون السلالات مع أمهاتهم المائة الباقين على قيد الحياة.

في حالة فينا تانيجا، اختصاصي المناعة في Mayo Clinic الذي لم يشارك في الدراسة ، كانت إحدى الحكايات الأكثر إثارة للدهشة في النتائج هي أنه على الرغم من مشاركة الأطفال المولودين عن طريق المهبل في سلالات أكثر مع أمهاتهم مقارنة بالأطفال الذين ولدوا بعملية قيصرية ، فإن هذا الاختلاف قد تلاشى بمقدار ثلاثة سنوات من العمر. وقالت: "الناس يصنعون الكثير" من أن الأطفال الذين يولدون عن طريق الولادة القيصرية قد يكونون أكثر عرضة لخطر الإصابة بأمراض معينة. لكن النتائج تشير إلى أنه ربما "لا ينبغي أن يكون شيئًا كبيرًا".

(أيد هذا الرأي دراسة جديدة نشرت هذا الشهر في مضيف الخلية والميكروب. ووجدت أن الأطفال الذين يولدون عن طريق العملية القيصرية يتلقون كمية أقل من الميكروبيومات الخاصة بأمهاتهم مقارنة بالأطفال المولودين عن طريق المهبل ، لكنهم لم يفوتوا ذلك لأنهم تلقوا المزيد من الميكروبات من حليب الأم.)

مع تقدمنا ​​في السن ، لا يزال جزء كبير من الميكروبيومات لدينا يأتي من الأشخاص الذين نعيش معهم أو بالقرب منهم. مما لا يثير الدهشة ، وجدت الدراسة التي أجراها Segata وزملاؤها أن الأزواج وغيرهم من الشركاء الحميمين جسديًا يتشاركون في الكثير من الميكروبات: 13 ٪ من أنواع الأمعاء التي يشاركونها كانت من نفس السلالة ، كما هو الحال مع 38 ٪ من الأنواع الفموية المشتركة.

لكن الأشخاص الذين عاشوا معًا بشكل أفلاطوني لم يكونوا بعيدًا عن الركب ، بنسبة 12٪ لأنواع الأمعاء المشتركة و 32٪ للأنواع الفموية المشتركة. هذا لأنه ، كما وجد Segata و Valles-Colomer وفريقهم ، كان العامل الوحيد الأكثر أهمية في انتقال العدوى هو الوقت الذي يقضونه معًا. يشترك الأشخاص الذين يعيشون تحت سقف واحد في معظم السلالات ، ولكن حتى الأشخاص الذين يعيشون في نفس القرية يميلون إلى وجود سلالات مشتركة أكثر من الأشخاص الذين تفصلهم مسافات أكبر. كان تواتر مشاركة الإجهاد متسقًا عبر المجتمعات المختلفة ، لكن الفريق أكد النتائج السابقة التي تفيد بأن الأشخاص في البلدان غير الغربية يميلون إلى امتلاك ميكروبيومات أكثر تنوعًا.

وجد الباحثون أيضًا أن السلالات المشتركة يمكن أن تضيع بمرور الوقت. كان لدى التوائم الذين نشأوا معًا حوالي 30 ٪ من مستوى مشاركة الإجهاد انخفض إلى حوالي 10 ٪ بعد 30 عامًا من العيش منفصلين.

يعتقد Segata أنه من المحتمل أن معظم السلالات الأخرى من الأنواع المشتركة تأتي أيضًا من أشخاص آخرين - في المقام الأول من جهات اتصال وثيقة مثل الأصدقاء أو زملاء العمل ، ولكن ربما أيضًا من الأشخاص الذين نلتقي بهم لفترة أطول بكثير وبشكل عرضي. (ومع ذلك ، ربما لا تكون الحيوانات الأليفة من كبار المساهمين: قال سيجاتا أن الحيوانات في الغالب تأوي أنواعًا ميكروبية لا تستعمرنا أو تستمر في العادة).

النتائج هي أقوى دليل حتى الآن على أننا نشارك أجزاء من ميكروبيوماتنا مع الأشخاص الذين نقضي معظم الوقت معهم. قالت حقيقة أن المؤلفين كانوا قادرين على رؤية هذا النمط من الانتقال عبر العالم ، وليس فقط في مجموعة سكانية واحدة ، كانت "مذهلة". إيلانا بريتو، أستاذ مشارك في الهندسة الطبية الحيوية بجامعة كورنيل. وأضافت أن مجموعات البيانات هذه صاخبة للغاية ، مع حدوث العديد من الطفرات عبر هذه الكائنات الحية المختلفة. لكن الفريق نجح في الكشف عن "الإشارة عبر الضوضاء".

ليس من الواضح كيف تنتشر الكائنات الحية الدقيقة بين البشر. يفسر التقبيل والجنس بعضًا من ذلك ، ولكن يمكن أيضًا أن تنتقل الميكروبات من خلال الرذاذ المنبعث من السعال والعطس ، أو يمكن التقاطها من الأسطح الملوثة. لا يزال هناك أيضًا الكثير لنتعلمه حول الميكروبات التي تنتشر بسهولة أكبر من غيرها. تعد الإجابة عن هذا السؤال أمرًا بالغ الأهمية لفهم الآثار المترتبة على فكرة أن الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن تنتشر.

نشر الصحة أو المرض

الآن وقد كشف مدى المشاركة عن أنماط توزيع الميكروبات الفريدة ، يمكننا فحص ما يحدث في المرض. قال كليمنتي: "بهذا المعنى ، أعتقد أن هذا العمل أساسي حقًا".

قد يكون لبعض الأمراض التي لا تعتبر معدية عادة جوانب معدية يتم تجاهلها. دراسات وجدت قال فينلي أن العديد من الأشخاص المصابين بأمراض لا تنتقل من شخص لآخر لديهم ميكروبيومات يبدو أنها "فاسدة".

بعض E. كولاي السلالات ، على سبيل المثال ، قد تطلق السموم التي يمكن أن تزيد من خطر الإصابة بالسرطان. الأشخاص المصابون بسرطانات القولون والمستقيم التي تحتوي الميكروبات التي تحتوي على أكثر من أ البكتيريا المصابة الأنواع تميل إلى أن يكون لها أسوأ التكهن ونتائج أسوأ مع العلاج. تم ربط ميكروبات الأمعاء التي تؤثر على مستويات الجلوكوز والأنسولين في الجسم بالسمنة وحالات مثل متلازمة التمثيل الغذائي و حتى مرض السكري من النوع 2. تم ربط ميكروبيوم الأمعاء غير المتوازن بالتنكس العصبي ، ومن المفترض أنه قد يلعب دورًا في حالات الدماغ مثل مرض الزهايمر .

قال سيجاتا: "إذا كانت هذه الأمراض تعتمد جزئيًا على الأقل على الميكروبيوم ، وكان الميكروبيوم على الأقل قابلاً للانتقال جزئيًا ، فإن هذه الأمراض تصبح على الأقل قابلة للانتقال جزئيًا".

قال كليمنتي: "إن فهم مقدار مساهمة ميكروبيوم معين في مخاطر [المرض] ، هذا هو السؤال الصعب". حتى معظم الدراسات التي وجدت مثل هذه الارتباطات لا يمكنها التفريق فيما إذا كانت الميكروبات تسبب المرض أم أنها ببساطة تجد أنه من الأسهل استعمار شخص معرض لخطر الإصابة بالمرض.

إذا كان من الممكن أن تنتقل الميكروبات "السيئة" التي تزيد من خطر حدوث مشكلات صحية غير معدية بين البشر ، فإن الميكروبات "الجيدة" التي تقلل من هذه المخاطر يمكن أن تكون كذلك نظريًا. تشير بعض الدراسات إلى أن الميكروبات يمكن أن تكون وقائية ، خاصة في الحياة المبكرة ، من حالات مثل الربو والحساسية. المشاركة المتعمدة لأجزاء من الميكروبيوم الصحي ، مثل من خلال زرع البرازوقد أثبت نجاحه المذهل في علاج بعض الأمراض والالتهابات مثل تلك التي تصيب البكتيريا المطثية العسيرة.

قال: لقد تطورنا للحفاظ على الميكروبات لدينا لأننا نستفيد منها بشكل كبير جينس والتر، أستاذ البيئة والغذاء والميكروبيوم في جامعة كوليدج كورك و APC Microbiome Ireland. هذا هو السبب في أن والتر غير مقتنع بالفرضية القائلة بأن ميكروباتنا المشتركة قد تسبب الأمراض وأكثر انجذابًا إلى الفكرة المعاكسة ، والتي يطلق عليها أحيانًا "الأصدقاء القدامى" أو فرضية النظافة. يقترح أنه خلال التطور ، ربما ساعدت الميكروبيومات في تدريب استجابات جهاز المناعة لدينا. وبالتالي ، فإن الزيادة الحديثة في استخدام المضادات الحيوية والمطهرات ونظافتنا العامة الأكبر يمكن أن يغير تكوين الميكروبيوم ويخلق المزيد من نقاط الضعف الصحية بالنسبة لنا.

قال والتر ، مقارنة بما كان عليه الحال قبل قرن من الزمان ، "نحن بالتأكيد لا ننشر الميكروبات بسهولة أكبر في عالم اليوم". أمراض الأمعاء الالتهابية والتصلب المتعدد والتهاب المفاصل الروماتويدي ومرض السكري من النوع الأول - وكلها تعتبر اضطرابات مناعية وليست أمراضًا معدية - أكثر انتشارًا في المجتمعات الغربية التي تميل إلى استخدام المضادات الحيوية والمطهرات على نطاق واسع.

يمكن أن تعتمد الآثار المفيدة أو الضارة للمشاركة على الأنواع والسلالات المشتركة ، والتي لا تزال عبارة عن صندوق أسود قليلاً. قال بريتو إنه يجب علينا أيضًا أن نأخذ في الاعتبار أنه قد لا تكون الكائنات الحية الفردية في الميكروبيوم لدينا هي التي تؤثر على صحتنا ، بل على مجتمعاتها التي تنتقل معًا. قد تكون بعض الكائنات الحية أكثر أهمية في سياق مجتمع ما أكثر من غيرها.

قام Segata و Valles-Colomer وفريقهم بتحليل الأفراد الأصحاء فقط في دراستهم ، لكن في بحثهم المستمر ، قاموا بتطبيق أدوات metagenomic الخاصة بهم على مجموعات البيانات من الأشخاص المصابين بأمراض لمعرفة ما إذا كانت هذه النتائج توضح الروابط بين الصحة والميكروبات.

كما يقومون حاليًا بأخذ عينات من البيانات من ثلاثة مراكز للرعاية النهارية - من الرضع وأولياء أمورهم وإخوتهم وحيوانات أليفة ومعلمين. يأمل الباحثون في معرفة كيفية انتقال الميكروبات والوقت الذي تستغرقه أمعاء معينة وميكروبات فموية للقفز بين البشر.

قال فاليس كولومر إن تتبع انتشار الكائنات الحية الدقيقة كان مهملاً لفترة طويلة لأننا "لم نعتقد أنه سيكون له تأثير كبير على صحتنا". الآن بعد أن أصبح لدينا تقنيات فحص الميكروبيوم ، "نرى أنه مرتبط بأي مرض تقريبًا."

ملاحظة المحرر: تلقى البحث الذي أجراه Segata ومجموعته تمويلًا من مؤسسة سايمونز، والتي تمول هذا أيضًا مجلة مستقلة تحريريا. قرارات تمويل مؤسسة Simons ليس لها تأثير على تغطيتنا.