مدل رایانه‌ای جدید برای پیش‌بینی متابولیت‌های روده

گروه علمی  «تیتریک»؛ درک این محصولات متابولیک یا متابولیت‌ها می‌توانند بر چگونگی تشخیص پزشکان و درمان‌کردن بیماری‌های دستگاه گوارش و همچنین بسیاری از بیماری عصبی و متابولیکی که با عملکرد دستگاه گوارش مرتبط هستند، اثر بگذارد.

میلیاردها باکتری و ریزموجودات دیگر، دستگاه گوارش را اشغال کرده‌اند و این مولفه‌ها به صدها گونه تعلق دارند که همگی microbiota یا میکروبیوم خوانده می‌شوند.

اختلال در ترکیب میکروبیوم و به دنبال آن متابولیت‌های مشتق‌شده از آن، نه تنها به طور فزاینده‌ای با بیماری‌های دستگاه گوارش مانند بیماری التهابی روده (IBD) و ورم مخاط روده بزرگ، بلکه به مقاومت در مقابل انسولین و دیابت نوع 2 نیز ارتباط دارد.

به گفته «پروسفور کیونگبوم لی»، رهبر ارشد این پروژه، شواهد زیادی وجود دارند مبنی بر این که متابولیت‌های مشتق‌شده از میکروبیوم نقش مهمی در کارکردهای تنظیم‌کننده فیزیولوژیکی روده دارند.

تاکنون تعداد معدودی از متابولیت‌های تولیدشده توسط میکروبیوم و نه خود ارگانیسم میزبان شناسایی شده‌اند. شناسایی متابولیت‌های مشتق‌شده از میکروبیوم و درک اثرات آن‌ها بر روی فعالیت‌های ویژه میزبان می‌تواند دریچه‌های جدیدی را به روی تحقیقات پایه و بالینی و با هدف طراحی درمان‌های هدفمند و ایمن بگشاید. این درمان‌ها شامل مولکول‌هایی هستند که ساختار شیمیایی طبیعی میزبان را تشکیل می‌دهند.

شیوه‌های کنونی شناسایی و کمیت‌بندی این متابولیت‌ها قادر به تشخیص این موضوع نیستند که آیا متابولیت‌ها توسط میزبان یا میکروبیوم تولید می‌شوند. رویکرد جدید میکروبیوم را به عنوان شبکه‌ای پیچیده و منفرد از واکنش‌ها مدلبندی می‌کند. با استفاده از الگوریتم‌های رایانه‌ای برای تحلیل شبکه، گذرگاه‌های مجازی را می‌توان برای تعیین محصولات متابولیک ممکن تولید کرد و سپس این محصولات را می‌توان وارد متابولیت‌های مشتق‌شده از میزبان یا میکروبیوم کرد.

یوسف‌شاهی و همکارانش در تحقیق خود بر آمینواسیدهای حلقوی (AAAs) متمرکز شدند چون متابولیت‌های آن‌ها در بیش از 2400 واکنش‌ مجزای بیان‌شده در میکروبیوم دخیل‌اند.

دانشمندان همچنین متابولیت‌های مشتق‌شده از AAA را بررسی کردند چون آن‌ها می‌توانند موجب ظهور مواد شیمیایی بیواکتیو مختلف مانند اسید سالیسیلیک و سروتونین شوند. اسید سالیسیلیک نوعی ترکیب ضدالتهابی است و سروتونین نیز فرستنده عصبی است که در فعالیت‌های مغز ایفای نقش می‌کند.

مدل الگوریتمی مونا یوسف‌شاهی و همکارانش پیش‌بینی کرد، 49 متابولیت منحصرا متعلق به میکروبیوم هستند و آزمایش‌های انجام‌شده بر روی موش‌ها وجود بیش از نیمی از متابولیت‌های پیش‌بینی‌شده را تایید کردند. این متابولیت‌ها شامل دو متابولیت‌ جدید بودند که در گذرگاه‌هایی ایفای نقش می‌کنند که متابولیسم میکروبیوم و همچنین عملکرد ایمنی میزبان را تنظیم می‌کنند.

گام بعدی، شناسایی متابولیت‌های میکروبیوم است که سطوحشان در طول بیماری‌هایی مانند بیماری التهابی روده یا سرطان افزایش یافته یا تخلیه شده است. آن‌ها به دنبال یافتن نشانگرهای خاص بیماری و نقش‌های ممکن برای این متابولیت‌ها در پیشرفت بیماری هستند.

هدف تیم علمی، اعمال‌کردن مدل‌های خود برای درک نقش محصولات میکروبیوم اعلام شد که این شیوه می‌تواند در فیزیولوژی انسانی ایفای نقش کند و به نوبه خود بیماری را تشخیص و درمان کند.

جزئیات این دستاورد علمی در نشریه Nature Communications قابل‌مشاهده است.