کرم نماتد، مدلی برای مطالعه‌ی اثرات میکروبیوم بر ابتلا افراد به بیماری
16 دسامبر 2016- به نظر می‌رسد میکروبیوم انسان نقش مهمی در سلامت و بیماری افراد بازی می کند اما مکانیسم این تأثیرات بخوبی مشخص نشده است. محققان در این پژوهش از کرم نماتد الگانس برای بررسی تأثیرات سیگنالهای خاص باکتریایی بر میزبان استفاده کردند. این تحقیقات برای اولین بار نشان داد که چگونه ژنهای باکتریایی، زیست شناسی کرم را تغییر می‌دهد. این یافته‌ها به تحقیقات میکروبیوم انسانی در آینده کمک خواهد کرد.
بنظر می‌رسد سکونت بیلیونها میکروارگانیسم زنده درون سیستم گوارش انسان، نقش قابل توجهی در سلامت و بیماری انسان بویژه سندرم متابولیک و اختلالات خودایمنی و دیابت داشته باشد. اما تاکنون جزیئات دقیق نحوه‌ی ایجاد این اثرات مشخص نشده است. محققان انستیتوی BUCKبا استفاده از کرمها، چارچوبی برای دسترسی به این جزئیات فراهم نمودند.
اینکار بر روی کرم‌های نماتد سی . الگانس انجام گردید، در گزارش این پژوهش که بصورت آنلاین در مجله‌ی Natureمنتشر گردید، برای اولین بار نشان داده شد که چگونه ژنهای مختلف باکتریایی به جای متابولیت‌های تولید شده ی آنها، بیولوژی کرمها را تغییر می‌دهند.
پرفسور Pankaj Kapahiمحقق و دانشمند ارشد موسسه ی Buckگفت: مطالعه ی ماهیت پویای جوامع میکروبی روده در موشها سخت است و مسلماً در انسانها سخت تر نیز می باشد، ما تصمیم گرفتیم از کرم نماتد الگانس برای بررسی میکروبیوم روده استفاده کنیم زیرا کرمها به عنوان بخشی از تغذیه‌ی طبیعی خود از باکتریها استفاده می‌کنند.
او افزود: ما تأثیر ژنتیک باکتریها را بر فیزیولوژیکی یک ارگانیسم ساده که می تواند یک مدل برای مطالعه‌ی میکروبیوم روده در پستانداران به منظور ابداع روشهای درمانی جدید باشد، بررسی کردیم.
پرفسور Amit Khannaدانشجوی پست دکتری آزمایشگاه دکتر Kapahiمی‌گوید:انسان دارای روده‌ای مملو از باکتریهایی است که با سلولهای روده در مکالمه هستند و در نهایت بر کل بدن موجود زنده تأثیر می‌گذارند، بهمین دلیل تحقیقات زیادی با هدف بررسی ارتباط متابولیت‌های باکتریایی با بیماریهای انسان انجام شده است. این مطالعه اولین تحقیقی است که نشان می‌دهد باکتریها چگونه با میزبان خود در ارتباط هستند.
اساس این مطالعه از سالهای پیش، نه به عنوان یک مطالعه ی میکروبیومی بلکه در طی بررسی این موضوع که چرا کرمها کمتر از موجودات زنده تغذیه می‌کنند، شکل گرفت. پرفسور Kapahiدر تلاش بود که بداند چه چیزی در رژیم غذایی کرم ها مسئول تغییر در طول عمر جانوران است؟ او تصور کرد که بهترین راه برای پاسخ به این سوال ایجاد جهش‌های ژنتیکی در باکتریهایی است که توسط کرم ها خورده می‌شوند و بررسی اثرات این تغییرات بر طول عمر این جانور است.
برای بررسی تأثیر جهش‌های مختلف در باکتریها بر کرم نماتد، دانشمندان از پدیده‌ای در چرخه‌ی زندگی کرمها استفاده کردند که dauerنام دارد، در این پدیده، لارو فعالیت‌های خود را برای بقاء در شرایط سخت محیطی خاموش می‌کند. مشخص شده است که یکی از عوامل ورود کرمها به فاز dauer، ترکیبات تولید شده توسط باکتریهایی می باشد که توسط آنها خورده می‌شوند، مسیری که این پاسخ را کنترل می‌کند مسیر سیگنالینگ شبه انسولینی است.
دکتر Kapahiمی‌گوید: اگرچه انسان و نماتد دو موجود کاملاً متفاوت هستند اما دارای مسیرهای بسیار مشابهی هستند که شامل سیگنالینگ شبه انسولینی است که نقش مهمی در بیماریهای انسانی از جمله دیابت نوع 2 و چاقی بازی می‌کند.
برای تعیین ژنهایی که بطور طبیعی در سطوح پایین در باکتریهای روده‌ی انسان بیان می‌شوند و بروی مسیر سیگنالینگ شبه انسولینی در کرم تأثیر می‌گذارند، محققان بطور سیستماتیک نزدیک به 4000 گونه از اشریشیا کلی (E. coli) که در هر کدام از آنها یک ژن منفرد غیر فعال شده بود را برای تأثیر آن بر افزایش بروز پدیده‌ی dauerغربالگری کردند. آنها 56 جهش را که سبب بروز پدیده‌ی dauerمی شدند، شناسایی نمودند.
برخی از این جهش‌ها همچنین طول عمر کرم‌های بالغ گروه کنترل را افزایش می‌دهند، محققان یکی از جهش‌های باکتریایی در ژنی را که بیشترین افزایش در طول عمر نماتدها را سبب می‌شد بنام adenylateیا cyaAرا بررسی کردند. آنها دریافتند که cyaAایجاد پدیده‌ی dauerو طول عمر نماتد را با تأثیر بر سیگنالینگ TGF-βتنظیم می کنند. آنها از یک مکانیزم مولکولی کامل پرده برداشتند: آنها نورونهای حسی که با سلولهای هدف در تماس هستند و مسیرهای مولکولی در گیر در ورود کرم به مرحله‌ی dauerرا شناسایی کردند.
پرفسور Kapahiمی‌گوید: هنگامیکه ما این تحقیقات را آغاز کردیم هرگز تصور نمی کردیم که جهش در یک ژن در باکتریهایی که توسط کرمها خورده می شوند، می تواند یک حیوان را وارد فاز dauerنماید.
نتایج این تحقیقات نشان می‌دهد که ترکیبی از ژنتیک باکتری و کرم می تواند ابزاری قدرتمند برای بررسی سیگنالهای مولکولی باشد که توسط باکتریها برای تنظیم سیگنالهای تغذیه‌ای و فرآیندهای فیزیولوژیکی میزبان نظیر توسعه‌ی حیوان و فرآیند پیری ارسال می‌شود. این فرآیندها غالباً در موجودات تکامل یافته‌تر نیز بسیار مشابه هستند، بطوریکه اهمیت این تحقیقات تنها به کرم نماتد الگانس محدود نمی‌شود. استفاده از کرمها بعنوان مدل تحقیقاتی به دانشمندان اجازه می دهد تا پاسخ سوالات خود را در طی 10 تا 15 روز بیابند.
دکتر Khannaمی گوید: مطالعات بسیاری تأثیرات میکروارگانیسم ها بر میزبان خود را نشان داده اند اما اطلاعات کمی در مورد مکانیسم و نحوه‌ی ایجاد این تأثیرات در دست بود ما فکر می‌کنیم روش ما می‌تواند گامی به سوی جلو باشد و بتواند به سوالاتی در مورد نحوه‌ی ایجاد این اثرات توسط باکتریها کمک کند.
منبع وسایت خبر:
Scientific Reports, 2016; 6: 38764 DOI: 10.1038/srep38764
www.sciencedaily.com/releases/2016/12/161216121607.htm