روش محاسباتی جدید FishTaco راهی برای شناسایی گونه‌های باکتریایی و عملکرد آنها در میکروبیوم
19 ژانویه 2019- نقش گونه‌های مختلف باکتریهای موجود در میکروبیوم در بروز بیماریهایی که با عدم تعادل در میکروبیوم ارتباط دارند، چقدر است؟ یک روش محاسباتی جدید که به نام FishTaco معرفی شده است به یافتن پاسخ این سوال کمک می‌کند. در این روش میکروبهای موجود در میکروبیوم و عملکرد آنها بررسی می‌شود، درک عدم تعادل در میکروبیوم روده ممکن است نهایتاً به ابداع روشهای جدیدی برای مدیریت چاقی، دیابت نوع 2 و بیماریهای اتوایمیون کمک کند.
شواهد روزافزون نشان می‌دهد که هزاران میلیارد میکروب در سطح و داخل بدن ما زندگی می‌کنند و بر سلامت ما تأثیر دارند. در مجموع به میکروبهای ساکن در بدن انسان میکروبیوم گفته می‌شود.
برای مثال تحقیقات اولیه نشان داده است که تغییرات در ترکیب گونه‌های باکتریهای جوامع میکروبی ساکن در روده، منجر به عدم تعادل در مجموعه‌ای از فرایندهای متابولیکی می‌شود که میکروبیوم قادر به انجام آنها است. چنین عدم تعادلی با چندین بیماری از جمله چاقی، دیابت نوع 2، سرطان و بیماریهای خود ایمنی مرتبط است.
این مشاهدات نشان می‌دهد که ممکن است بتوان از طریق تغییر در ترکیب گونه‌های باکتریایی موجود در میکروبیوم از طریق رژیم غذایی، داروها و سایر روشها و بازگرداندن ظرفیت عملکردی آنها، از بروز این بیماریها جلوگیری یا آنها را درمان نمود. برای این کار تعیین گونه‌هایی که مسئول این عدم تعادل عملکردی هستند، لازم است اما هیچ وسیله‌ای که بتواند صدها تا هزاران گونه از باکتریهای موجود در میکروبیوم انسان را سرشماری و عملکرد آنها را تعیین کند، وجود ندارد.
در این مقاله‌ی جدید که در مجله‌ی Cell Host & Microbe منتشر شده است، محققان دانشگاه واشنگتن اعلام کردند که آنها یک روش جدید کامپیوتری را ابداع نموده‌اند که می‌تواند نشان دهد که سهم گونه‌های باکتریایی مختلف در بروز بیماریهایی که به دلیل عدم تعادل عملکردی در میکروبیوم ایجاد می‌شود، چه مقدار است.
دکتر Borensteinنویسنده‌ی ارشد این مقاله و استادیار علوم ژنوم در دانشکده‌ی پزشکی دانشگاه واشنگتن گفت: این روش به ما اجازه می‌دهد که با دقت گونه‌های میکروبی موجود در میکروبیوم که مسئول هر یک از عدم تعادل‌های عملکردی هستند را شناسایی کرده و بتوانیم آنها را برای درمان هدف قرار دهیم.
محققان آزمایشگاه دکتر Borenstein با مطالعه‌ی میکروبیوم انسان روشهای محاسباتی جدیدی را برای مدل سازی و تحلیل میکروبیوم ابداع کردند. نویسنده‌ی مشترک این مقاله، دانشجوی فوق دکترای این آزمایشگاه دکتر Ohad Manor در این روشها پیشگام است.
در روش FishTaco که مخفف "Functional Shifts' Taxonomic Contributors" است دو رویکرد بسیار رایج مورد استفاده پزشکان برای بررسی ویژگی‌های میکروبیوم و شناسایی ارتباط آنها با بیماریها، با یکدیگر ادغام شده است: رویکرد تاکسونومی یا طبقه بندی و رویکرد عملکردی.
به طور خلاصه در رویکرد تاکسونومیک گونه‌هایی که میکروبیوم را تشکیل می‌دهند، بررسی و طبقه بندی می‌شوند و در مقابل، در رویکرد Functional تمام ژنهای موجود در یک میکروبیوم بررسی می‌شوند.
از آنجائیکه ژنها، رمز تولید پروتئین‌ها هستند و پروتئین‌های تولید شده، فعالیت میکروبیوم را تعیین می‌کنند، محتوی کلی ژنی میکروبیوم نمایانگرعملکرد جمعیت میکروبی درون آن و توانایی آنها در انجام اعمال گوناگون است. به عبارت دیگر در روش تاکسونومیک پرسیده می شود: چه میکروبهایی درمیکروبیوم وجود دارند ؟ درحالیکه در رویکرد عملکردی سوال می‌شود که این میکروبها چه کاری را انجام می‌دهند؟
بهر حال مشکل این است که هیچیک از این دو روش بیانگر کل داستان نیستند، زیرا بسیاری از بیماریها با تغییرات هم در محتوی تاکسونومیک و هم عملکردی میکروبیوم ارتباط دارند. از این مهمتر اینکه هنوز بخوبی مشخص نیست که چگونه این دو روش با هم ترکیب می‌شوند و یا چگونه می‌توان رابطه‌ی دقیق بین ارتباط بیماریهای تاکسونومیک و کاربردی را تعیین کرد.
دکتر Borenstein می‌گوید: در روش FishTaco با ادغام دو رویکرد طبقه بندی و عملکردی، ارتباط تغییرات در گونه‌های میکروبیومی و ترکیبات ژنی بررسی شده و مشخص می‌گردد چه نوعی از باکتریها موجب بروز این عدم تعادل عملکردی که در بیماریهای مختلف مشاهده می شود، شده است.
در این مطالعه دکتر Borenstein و دکتر Manor از FishTaco برای آنالیز میکروبیوم افراد مبتلا به دیابت نوع 2 و بیماری التهابی روده و تعیین گونه‌هایی که سبب این عدم تعادل کاربردی در این بیماریها می‌شوند، استفاده نمودند. آنها دریافتند که تغییرات عملکردی غالباً توسط ترکیبات متنوعی از گونه‌ها هدایت می‌شود. آنها در کمال تعجب دریافتند که این عدم تعادل عملکردی بسیار مشابه که در بیماریهای مختلف دیده می‌شود در حقیقت ممکن است توسط مجموعه‌های متفاوتی از گونه‌ها ایجاد و هدایت شود.
دکتر Borenstein می‌گوید: یافته‌های ما نشان می‌دهد ارتباط بین تاکسونومیک میکروبیوم و دینامیک عملکردی بطور فوق العاده‌ای پیچیده است و برای هر یک از بیماریها اختصاصی است، در نتیجه شناسایی گونه‌هایی که چنین عدم تعادلی را در هر بیماری سبب می‌شوند، اولین قدم به سمت مداخلات هدفمند برای دستکاری ظرفیت عملکرد میکروبیوم و تقویت و ارتقاء سطح سلامت است.
منبع و سایت خبر:
Cell Host & Microbe, 2017; DOI: 10.1016/j.chom.2016.12.014
www.sciencedaily.com/releases/2017/01/170119134530.htm