Περισσότερα από τα μισά κύτταρα στο ανθρώπινο σώμα δεν είναι ανθρώπινα, είναι μικρόβια. Κάθε μικρόβιο παράγει μοναδικά μόρια ή μεταβολίτες και η μελέτη τους είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του ρόλου του μικροβιώματος στην υγεία και τις ασθένειες. Αλλά με τόσα πολλά μικρόβια και μεταβολίτες να επιπλέουν κυριολεκτικά τρισεκατομμύρια πώς μπορείτε να καταλάβετε ποιο μικρόβιο δημιούργησε ποιο μόριο; Πώς ξέρετε αν ένα μόριο προήλθε από μικρόβιο ή από τον ξενιστή;
Χάρη σε ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια του Σαν Ντιέγκο, η απάντηση σε αυτές τις ερωτήσεις έγινε πολύ πιο εύκολη. Όπως αναφέρθηκε στο Nature Microbiology αυτόν τον μήνα, έχουν αναπτύξει ένα εργαλείο δημόσιας αναζήτησης που αντιστοιχίζει τα μικρόβια με τους μεταβολίτες που παράγουν μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Δεν υπάρχει άλλο εργαλείο σαν αυτό, λένε οι ερευνητές, και θα μπορούσε να είναι ζωτικής σημασίας για την προώθηση της ιατρικής επιστήμης και των θεραπειών που βασίζονται στο μικροβίωμα.
«Τους τελευταίους αιώνες, έχουμε επικεντρωθεί στα μόρια που προέρχονται από τον ξενιστή», δήλωσε ο συγγραφέας της μελέτης Pieter Dorrestein, PhD, καθηγητής φαρμακολογίας στο UCSD. «Έχουμε λοιπόν ένα αρκετά καλό κατάλογο των μορίων που προέρχονται από τον ξενιστή ή τον άνθρωπο, αλλά ένα αρκετά φτωχό κατάλογο των μορίων που παράγουν τα μικρόβια». Αναπτύχθηκε από 100 εκατομμύρια σημεία δεδομένων που προέρχονται από επιστήμονες σε όλο τον κόσμο, το εργαλείο – που ονομάζεται microbeMASST – αναζητά μια βάση δεδομένων με 60.000 μεταβολίτες μικροβίων. Οι επιστήμονες μπορούν να πάρουν ένα σύνθετο δείγμα – πλάσμα, ιστό, κόπρανα – και με βάση τα χαρακτηριστικά δεδομένων των μορίων που υπάρχουν στο δείγμα, να προσδιορίσουν ποια μικρόβια δημιούργησαν αυτά τα μόρια. “Αυτό είναι ισχυρό”, δήλωσε ο Eric B. Taylor, PhD, αναπληρωτής καθηγητής μοριακής φυσιολογίας και βιοφυσικής στο University of Iowa Carver College of Medicine, Iowa. (Ο Taylor δεν συμμετείχε στη μελέτη.) “Αυτό μπορεί να προωθήσει την ιατρική επιστήμη ενημερώνοντας νέους μικροβιωμικούς μηχανισμούς υγείας και ασθένειας που μπορεί να διαμορφωθούν θεραπευτικά.” Αυτό θα μπορούσε να έχει συνέπειες για πολλές ασθένειες, «από τη μη αλκοολική λιπώδη νόσο του ήπατος έως το Αλτσχάιμερ έως τον διαβήτη έως την ΙΦΝΕ».
Πώς λειτουργεί το εργαλείο
Τα μόρια που παράγουν τα μικρόβια μπορούν να εμπλέκονται στην επικοινωνία (σηματοδότηση), στον μεταβολισμό θρεπτικών ουσιών ή φαρμάκων ή στη ρύθμιση της φλεγμονής, μεταξύ άλλων εργασιών. Μπορούν να επηρεάσουν την τοπική τοποθεσία όπου διαμένουν ή μπορούν να ταξιδέψουν — για παράδειγμα, μελέτες έχουν δείξει ότι τα μικροβιακά μόρια του εντέρου μπορούν να επηρεάσουν τον εγκέφαλο. Η μελέτη αυτών των μεταβολιτών είναι γνωστή ως μεταβολομική. “Ο τύπος της μεταβολομικής που χρησιμοποιούμε είναι ουσιαστικά μια φανταχτερή ζυγαριά”, είπε ο Dorrestein, “όπου ζυγίζουμε όλα τα μόρια που υπάρχουν στο δείγμα. Από αυτό, μπορούμε να αρχίσουμε να συμπεραίνουμε και να κατανοούμε τη δομή.” Αυτή η “φανταχτερή κλίμακα” είναι η διαδοχική φασματομετρία μάζας, μια αναλυτική τεχνική που χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό και τη μέτρηση του βάρους των μορίων.
Για να χρησιμοποιήσουν το εργαλείο αναζήτησης, οι ερευνητές μπορούν να εισάγουν αυτά τα δεδομένα φασματομετρίας μάζας, τα οποία λένε στον υπολογιστή τις υπογραφές ή τους δείκτες όλων των μορίων σε ένα δείγμα. “Μπορείτε σχεδόν να τους σκεφτείτε ως γραμμωτούς κώδικες που συνδέονται με συγκεκριμένα μόρια”, είπε ο Dorrestein. Στη συνέχεια, το εργαλείο αναζήτησης θα προσδιορίσει ποια μικρόβια μπορούν να παράγουν τα μόρια που υπάρχουν στα δεδομένα. Για να δοκιμάσει το εργαλείο, η ομάδα αναζήτησε μόρια χρησιμοποιώντας δείγματα από ανθρώπινα όργανα. Αφού εντόπισαν τα μικρόβια από τα οποία προέρχονταν, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δημόσια δεδομένα για να εντοπίσουν την προέλευση των μικροβίων. «Είχαμε μερικές εκατοντάδες μόρια που βρέθηκαν στον εγκέφαλο, για παράδειγμα», είπε ο Dorrestein. Τα ευρήματα δείχνουν μια «ανταλλαγή μεταβολιτών από το έντερο στον εγκέφαλο».