كيف يشكل وجودك في مدينة ما، تميزا في التنوع الميكروبي في أمعائك؟
تتحدى دراسة علمية الاعتقاد الطويل الأمد بأن اختلافات الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء مهمة فقط على نطاق القارات أو المقاطعات. حيث وجد أنه حتى الأشخاص الذين يعيشون في المدن المجاورة لديهم أنماط ميكروبية متميزة.
تم إجراء العمل من قبل العلماء في معهد BGI Genomics للبحوث الطبية الذكية (IIMR) ونشر في مجلة Frontiers in Microbiology. على الرغم من أن المجموعات كانت متطابقة من حيث العمر ومؤشر كتلة الجسم وحالة التدخين، إلا أن نظمها الإيكولوجية المعوية اختلفت بطرق تعكس نمط الحياة الإقليمي والتفضيل الغذائي. توجه نتائج الدراسة الطب الدقيق وتزيد من احتمال التغذية الدقيقة المحلية والاستراتيجيات العلاجية.
تظهر دراسة جديدة أن الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء البشرية يمكن أن تحدد ما إذا كان شخص بالغ يعيش في ووهان أو شيان، وهما مدينتان على بعد 500 كم في مقاطعة هوبي الصينية، بدقة 94%. يرتبط هذا التوقيع الميكروبي بقوة بالنظام الغذائي المميز لكل مدينة.
في حين أظهرت الأبحاث السابقة أن الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء تعكس الأنماط الجغرافية على المستوى القاري ومستوى المقاطعات، إلا أنه لا يزال من غير المؤكد ما إذا كانت هذه الأنماط صحيحة بين المدن المجاورة داخل نفس المقاطعة. للتحقيق في ذلك، طبقوا التعلم الآلي لتحديد ما إذا كانت بيانات الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن تميز بشكل موثوق بين هذه المجموعات السكانية القريبة جغرافيا.
استخدم الباحثون علم الميتاجينوميات البندقية لتحديد 649 نوعا بكتيريا و 515 مسارا أيضيا في الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء للمشاركين. على الرغم من أن ووهان وشيان قريبان جغرافيا، إلا أن سكانهما كان لديهم بكتيريا أمعاء مختلفة بشكل ملحوظ. في ووهان، تم إثراء الكائنات الحية الدقيقة لدى الناس ببكتيريا ستيركوريس، بينما في شيان، كانت بريفوتيلا كوبري أكثر هيمنة.
هناك 12 جنسا بكتيريا أساسيا، مثل Fecalibacterium وRoseburia, شاركها أكثر من 90% من جميع المشاركين. هذا يشير إلى تكوين أمعاء مشترك بين السكان. ومع ذلك، اختلفت نسب هذه البكتيريا اعتمادا على المكان الذي يعيش فيه المشاركون.
تقع ووهان وسط الأراضي الرطبة الوفيرة؛ وتهيمن أسماك المياه العذبة وجذر اللوتس والخضر الورقية على طاولات العشاء. بينما في شيان، المحاصر بين خنان وتشونغتشينغ وشنشى، التفضيلات القائمة على القمح المحملة بالفلفل الحار لجيرانه. يبدو أن هذه التناقضات الغذائية قد حفرت نفسها في الكائنات الحية الدقيقة.
لم يكن أقوى مؤشر للإقامة في نموذج الغابات العشوائية للدراسة، Bacteroides stercoris, هو الأنواع الأساسية للسكان الصينيين ولكنه ازدهر في المشاركين في ووهان. على العكس من ذلك، استنفدت عينات ووهان في بريفوتيلا كوبري، وهو نوع غالبا ما يتم تشريده بواسطة أنظمة غذائية على طراز البحر الأبيض المتوسط غنية بالأسماك والأطعمة النباتية.
كانت الكائنات الحية الدقيقة في ووهان تؤوي بشكل فريد المسار الأيضي لتخمير البيروفات إلى الأيزوبوتانول (PWY-7111) - تم توثيقها سابقا في الخفافيش العاشلة وفي البشر الذين يستهلكون الوجبات الغذائية النباتية.
ارتبط Ruminococcus faecis, وهو كائن آخر ذو وفرة في وأهان، ارتباطا عكسيا بتناول اللحوم المصنعة، مما يعزز صورة المدينة التي تعتمد على الخضروات والأسماك بدلا من اللحوم المعالجة.
حدد الباحثون أيضا 36 صنفا بكتيريا كانت أكثر وفرة بشكل كبير في ووهان، مقارنة بـ 10 فقط في شيان. والجدير بالذكر أن 63% من هذه الأنواع كانت ميكروبات خاصة بالموقع، والتي تشكل بشكل أساسي ”التوقيعات“ الميكروبية المتميزة لكل مدينة.
طور الباحثون نماذج التعلم الآلي لتقييم الفائدة العملية لنتائجهم. استخدموا مصنفا عشوائيا يجمع بين 16 نوعا بكتيريا و 12 مسارا أيضيا خاصا بالمدينة. حقق هذا النموذج المشترك مستوى عال من الدقة، متفوقا بشكل كبير على النماذج التي تستخدم الأنواع فقط أو المسارات فقط.
كان أقوى مؤشر هو Bacteroides stercoris. ومع ذلك، كانت ستة من أهم عشرة تنبؤات مسارات أيضية. يوضح هذا أن وظيفة الكائنات الحية الدقيقة غالبا ما تكون أكثر إفادة من هويتها عند التمييز بين المناطق الجغرافية.
أظهر خمسة عشر نوعا بكتيريا ارتباطات مع مؤشرات الصحة السريرية. على سبيل المثال، ارتبطت Bifidobacterium longum بمستويات إنزيم الكبد الصحية. ارتبط Flavonifractor plautii بارتفاع الكوليسترول الدهني منخفض الكثافة (LDL)، ولكن فقط في ووهان. يشير هذا إلى أن نفس الأنواع البكتيرية قد تؤثر في الصحة بشكل مختلف اعتمادا على البيئة الميكروبية المحلية. تقدم هذه النتائج رؤى إقليمية في تفسير العلاقات بين الكائنات الحية الدقيقة والصحة.
علاوة على ذلك، فإن النموذج التنبؤي للدراسة دقيق للغاية، مما يضع الأساس للطب الدقيق في المستقبل والعلاج الصحي الشخصي. كشف الفريق عن توقيعات الكائنات الحية الدقيقة الخاصة بالمدينة وشبكات التفاعل من خلال الجمع بين تسلسل الحمض النووي المتعمق وأدوات التعلم الآلي.
تساعدنا هذه النتائج على فهم كيف تشكل البيئات المحلية بيولوجيانا الداخلية بهدوء، مما يوفر أساسا لرعاية صحية أكثر تخصيصا، حيث يمكن تصميم النظام الغذائي والعلاج في يوم من الأيام مع المكان الذي تعيش فيه.
