خرائط نشاط البروتين التفصيلية تقيم صحة الأمعاء

د. حجي الزويد – مقال مترجم

بحث علمي

إذا تمكنت الأعضاء في أجسامنا من التحدث، فقد تكون الأمعاء هي التي تكشف عن أكثر الحقائق الخفية حول نمط حياتنا وصحتنا. على طول الطريق، يمكن أن توفر “اعترافاتهم” معلومات حاسمة للبحوث الطبية الحيوية والسريرية. أعطى باحثو معهد وايزمان للعلوم الآن هذا النوع من “الصوت” للأمعاء.

في دراسة تم نشرها في مجلة Cell، يقدم العلماء طريقة يمكنها تحديد جميع البروتينات في الأمعاء في وقت واحد، من خلال اختبار عينة البراز – بما في ذلك، تلك من الطعام ومن جسم الشخص ومن الميكروبيوم المعوي. وبالتالي فإن الطريقة تجعل من الممكن فك تشفير التفاعلات بين هذه البروتينات بدقة ودقة غير مسبوقة.

كان الميكروبيوم نقطة البداية للبحث، الذي شارك في قيادته الدكاترة رافائيل فالديس ماس وأفنر ليشيم ودانبينغ تشنغ من مختبر البروفيسور إيران إليناف، بالتعاون مع الدكتور ألون سافيدور من مركز نانسي وستيفن جراند إسرائيل الوطني للطب الشخصي.

يقول إليناف، من قسم المناعة في أنظمة وايزمان: “أردنا تجاوز تسلسل الحمض النووي، وهي الطريقة المعتادة لدراسة الميكروبيوم”. “يمكن للحمض النووي أن يخبرنا عن البكتيريا الموجودة في الأمعاء ويشير إلى نشاطها المحتمل. على النقيض من ذلك، يمكن للبروتينات البكتيرية أن تكشف مباشرة عما إذا كانت هذه البكتيريا نشطة، وما هو النشاط الذي تؤديه وكيف تؤثر وظيفتها في جسم الإنسان في الصحة والمرض.”

يعد تحديد البروتينات أمرًا صعبًا بسبب تعددها الهائل، الذي يتفاقم بسبب أوجه التشابه بين البروتينات من الأنواع المختلفة. على سبيل المثال، يؤدي 20000 أو نحو ذلك من الجينات المصنعة للبروتين في الجينوم البشري إلى ملايين الاختلافات في البروتين؛ يمكن أن يكون تحديدها باستخدام قواعد بيانات البروتين الحالية معقدًا ويستغرق وقتًا طويلًا للغاية. تعالج طريقة معهد وايزمان الجديدة هذا التحدي، جزئيًا من خلال الجمع بين تسلسل الحمض النووي وقياس الطيف الكتلي لإنشاء خريطة بروتين أصغر مصممة خصيصًا للمريض.

الطريقة، التي يطلق عليها اسم IPHOMED – اختصار لعلم الجينوم المتكامل للبروتين من HOst وMicrobiomE والنظام الغذائي – تجعل من الممكن فك تشفير نشاط الميكروبيوم بالكامل من خلال إظهار البروتينات في عينة البراز التي تأتي من السلالات البكتيرية وبأي كميات.

إضافة إلى ذلك، فإنه يحدد البروتينات التي تفرزها الأمعاء البشرية استجابة للإشارات القادمة من الميكروبيوم.

مجتمعة، تولد البروتينات من هذين المصدرين أطلسًا لتواصل الجسم مع الميكروبيوم، على سبيل المثال، أثناء التعرض للبكتيريا المسببة للأمراض أو للمضادات الحيوية.

وهكذا، باستخدام هذه الطريقة، وجد باحثو وايزمان أن الأمعاء البشرية يمكن أن تفرز العشرات من الببتيدات المضادة للميكروبات غير المعروفة سابقًا التي تعمل مثل المضادات الحيوية الطبيعية، مما يقتل بعض البكتيريا في الميكروبيوم ويشكل تركيبه في نهاية المطاف. قد تساعد هذه النتيجة في تفسير سبب كون تكوين الميكروبيوم لكل شخص فريدًا، مما يؤدي إلى اختلافات في التعرض للأمراض.

لا مزيد من الغش في النظام الغذائي:

عندما اعتقد الباحثون أنهم انتهوا من تطوير الطريقة، يمكن أن تحدد 97٪ من البروتينات في كل عينة براز، وهو معدل مرتفع، ولكن الفشل في توصيف 3٪ المتبقية باستمرار بدا محيرًا. أوضحت المزيد من الأبحاث أن هذه لم تنشأ في الميكروبيوم ولا في أنسجة الجسم: لقد جاءت من الطعام.

أشار هذا الكشف إلى أن طريقة وايزمان قد تكون قادرة على تلبية حاجة ماسة وطويلة الأمد لعلم التغذية، وهي توفير وسيلة غير غازية للكشف عن التفاصيل الدقيقة للنظام الغذائي للشخص. لمواجهة هذا التحدي، أنشأ الفريق قاعدة بيانات للبروتينات الموجودة في مئات المنتجات الغذائية وحدد تلك الفريدة لكل عنصر غذائي. جعلت هذه التطورات من الممكن التعلم بدقة غير مسبوقة، من عينات البراز، ما أكله الناس.

على سبيل المثال، عند تطبيقها على العينات التي تم جمعها من مجموعتين من المتطوعين الأصحاء، واحدة في ألمانيا والأخرى في إسرائيل، حددت الطريقة مستوى مماثلًا من استهلاك القمح في كلتا المجموعتين، ولكن العينات الألمانية فقط كانت تحتوي على كميات كبيرة من البروتينات من لحم الخنزير؛ وعلى النقيض من ذلك، جاءت معظم بروتينات اللحوم في العينات الإسرائيلية من الدواجن.

في إحدى التجارب التي أجراها الفريق، طلب من المتطوعين استهلاك ذخيرة متغيرة من المواد الغذائية، بما في ذلك الفول السوداني، في أيام محددة. لم تحدد الطريقة بدقة متى يتم تناول هذه المواد الغذائية فحسب، بل كانت حساسة جدًا لدرجة أنها يمكن أن تشير إلى استهلاك ما لا يقل عن خمسة حبات من الفول السوداني يوميًا.

في تجربة أخرى، تمكن الباحثون من تتبع التغييرات بدقة في النظام الغذائي للأشخاص المصابين بأمراض الجهاز الهضمي. في إحدى الحالات، حددت الطريقة بشكل صحيح طفلًا مصابًا بمرض الاضطرابات الهضمية الذي تم تشخيصه حديثًا، والذي فشل في اتباع نظامه الغذائي الخالي من الغلوتين الموصوف.

يقول إليناف بابتسامة: “يمكن استخدام طريقتنا لمعرفة ما إذا كان شخص ما يحتفظ بكوشير أو ما إذا كان الشخص نباتيًا تمامًا كما يعلن نفسه”.

“ولكن في ملاحظة أكثر جدية، فإن طريقة تتبع النظام الغذائي التقليدية، الإبلاغ الذاتي، غير دقيقة بشكل سيئ السمعة. إن معرفة ما يأكله الناس بمزيد من الدقة والتفصيل، حتى عندما تكون وجبتهم معقدة وتتكون من مكونات متعددة، يمكن أن تساعد في تحديد أي من المكونات العديدة للوجبة مفيدة للصحة وأيها إشكالية.”

التقدم في تشخيص المرض وعلاجه:

لاستكشاف استخدام طريقتهم الجديدة في تشخيص المرض وعلاجه، طبقه العلماء على عينات البراز للمرضى الذين يعانون من مرض التهاب الأمعاء، والذي يتميز بالتهاب معوي حاد يتأثر بالنظام الغذائي والميكروبيوم. مكن تحليل العينات من المشاركين في الدراسة الإسرائيلية والألمانية والأمريكية من فك التشفير، بتفاصيل جزيئية كبيرة، التفاعلات المتغيرة بين الأمعاء البشرية والميكروبيوم المعوي الذي يدفع أصول هذا المرض.

أدت الدراسة إلى اكتشاف العشرات من البروتينات الجديدة التي يمكن أن تكون بمثابة أهداف مستقبلية محتملة للأدوية لعلاج هذا المرض الذي لا علاج له حاليًا. حدد الباحثون أيضا البروتينات البشرية والبكتيرية التي يمكن تطويرها، المستخدمة معًا، إلى مؤشرات حيوية جديدة لتشخيص نوع المرض، وتقييم شدته وتتبع تقدمه. تعد هذه المسابير الجديدة بالتفوق على كالبروتكتين، وهو المؤشر الحيوي الوحيد المعتمد سريريا لمرض التهاب الأمعاء.

إضافة إلى ذلك، باستخدام تحليل IPHOMED للنظام الغذائي للمرضى، تمكن الباحثون من تحديد امتثال المرضى للعلاجات الغذائية لأمراض الأمعاء المعوية وربط مستوى التزامهم بهذه الوجبات الغذائية بتحسين السيطرة على الالتهاب.

علاوة على ذلك، تمكنوا من تطبيق طريقتهم غير الغازية للكشف عن المرض في الأمعاء الدقيقة، وهو الأنبوب الطويل والرقيق الذي يمتص في الأشخاص الأصحاء معظم البروتينات من الطعام. نظرًا لأنه من الصعب تصور الأمعاء الدقيقة والوصول إليها، لم يكن من الممكن التقاط هذا المرض بالوسائل التقليدية.

يقول إليناف: “معا، البروتينات في الأمعاء هي “الكلمات” التي ستسمح لنا يوما ما بسماع ما تخبرنا به أمعاؤنا بالضبط وبالتالي تعلم منحهم المساعدة التي يحتاجونها بالضبط”.

“ستساعد هذه القدرة الباحثين على ابتكار تدخلات غذائية وطبية مخصصة لمجموعة واسعة من الاضطرابات، وخاصة تلك المتأثرة بالميكروبيوم، بما في ذلك الأمراض الالتهابية والتمثيل الغذائي والخبيثة والتنكس العصبي.”

More information: Rafael Valdés-Mas et al, Metagenome-informed metaproteomics of the human gut microbiome, host, and dietary exposome uncovers signatures of health and inflammatory bowel disease, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2024.12.016