من المعروف أن التغيرات في النظام الميكروبي في الأمعاء تؤدي إلى مجموعة من الأمراض، بما في ذلك مرض السكري من النوع 2، والسمنة، ومرض التهاب الأمعاء، لكن الآن، توصل فريق من باحثي معهد برود التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد، بالتعاون مع مستشفى ماساتشوستس العام، أن الميكروبات الموجودة في الأمعاء قد تؤثر على أمراض القلب والأوعية الدموية أيضًا.

الدراسة التي نشرتها مجلة  Cell، أفادت بأن الفريق البحثي حدد أنواعًا معينة من البكتيريا التي تستهلك الكوليسترول في الأمعاء، وقد تساعد في خفض خطر الإصابة بأمراض القلب والكولسترول لدى البشر. 

وقام أعضاء مختبر رامنيك كزافييه، ومنصة برود للأيض، والمتعاونون، بتحليل الجينومات الميكروبية من أكثر من 1400 مشارك في دراسة فرامنجهام للقلب، وهو مشروع استمر لعقود من الزمن ويركز على عوامل الخطر لأمراض القلب والأوعية الدموية.

واكتشف الفريق أن البكتيريا التي تسمى Oscillibacter تمتص وتحلل الكوليسترول من البيئة المحيطة بها، وأن الأشخاص الذين يحملون مستويات أعلى من الميكروب في أمعائهم، لديهم مستويات أقل من الكوليسترول، كما حددوا الآلية التي من المحتمل أن تستخدمها البكتيريا لتكسير الكولسترول.

تشير النتائج إلى أن التدخلات التي تتلاعب بالميكروبيوم بطرق محددة يمكن أن تساعد يومًا ما في تقليل نسبة الكوليسترول لدى البشر. وتضع النتائج أيضًا الأساس لإجراء تحقيقات أكثر استهدافًا حول كيفية تأثير التغييرات في الميكروبيوم على الصحة والمرض.

وقال كزافييه، وهو عضو أساسي في المعهد، ومدير برنامج علم المناعة، والمدير المشارك: “يدمج بحثنا النتائج المستخلصة من البشر مع التحقق التجريبي لضمان تحقيق رؤية آلية قابلة للتنفيذ والتي ستكون بمثابة نقاط انطلاق لتحسين صحة القلب والأوعية الدموية”. لبرنامج الأمراض المعدية والميكروبيوم على نطاق واسع. وهو أيضًا أستاذ في كلية الطب بجامعة هارفارد ومستشفى ماساتشوستس العام.

كان باحث ما بعد الدكتوراة تشينهاو لي وعالم الأبحاث مارتن سترازار، وكلاهما في مختبر كزافييه، من المؤلفين الأوائل في الدراسة.

إشارات الكولسترول

وفي العقد الماضي، كشف باحثون آخرون عن روابط بين تكوين ميكروبيوم الأمعاء وعناصر أمراض القلب والأوعية الدموية، مثل الدهون الثلاثية لدى الشخص ومستويات السكر في الدم بعد تناول الوجبة. لكن العلماء لم يتمكنوا من استهداف تلك الارتباطات بالعلاجات، ويرجع ذلك جزئيًا إلى افتقارهم إلى الفهم الكامل للمسارات الأيضية في القناة الهضمية.

وفي الدراسة الجديدة، حصل فريق برود على صورة أكثر اكتمالا وتفصيلا لتأثير ميكروبات الأمعاء على عملية التمثيل الغذائي. لقد جمعوا بين التسلسل الميتاجينومي، الذي يحدد كل الحمض النووي الميكروبي في العينة، مع عمليات التمثيل الغذائي، التي تقيس مستويات مئات المستقلبات المعروفة والآلاف من المستقلبات غير المعروفة. استخدموا هذه الأدوات لدراسة عينات البراز من دراسة فرامنغهام للقلب.

وقال ستزار: “تؤكد نتائج المشروع على أهمية بيانات المرضى عالية الجودة والمنسقة”. “لقد سمح لنا ذلك بملاحظة التأثيرات الدقيقة حقًا والتي يصعب قياسها ومتابعتها مباشرة.”

كشف هذا النهج عن أكثر من 16000 ارتباط بين الميكروبات والصفات الأيضية، بما في ذلك رابط قوي بشكل خاص: الأشخاص الذين لديهم أنواع عديدة من البكتيريا من جنس Oscillibacter لديهم مستويات كوليسترول أقل من أولئك الذين ليس لديهم البكتيريا. ووجد الباحثون أن الأنواع من جنس Oscillibacter كانت وفيرة بشكل مدهش في القناة الهضمية، حيث تمثل في المتوسط واحدًا من كل 100 بكتيريا.

ثم أراد الباحثون معرفة المسار الكيميائي الحيوي الذي تستخدمه الميكروبات لتكسير الكوليسترول. وللقيام بذلك، احتاجوا أولًا إلى زراعة الكائن الحي في المختبر. ولحسن الحظ، أمضى المختبر سنوات في جمع البكتيريا من عينات البراز لإنشاء مكتبة فريدة تتضمن أيضًا بكتيريا Oscillibacter.

وبعد نجاح زراعة البكتيريا، استخدم الفريق قياس الطيف الكتلي لتحديد المنتجات الثانوية الأكثر احتمالية لاستقلاب الكوليسترول في البكتيريا. وقد سمح لهم ذلك بتحديد المسارات التي تستخدمها البكتيريا لخفض مستويات الكوليسترول.

ووجدوا أن البكتيريا حولت الكولسترول إلى منتجات وسيطة يمكن بعد ذلك تفكيكها بواسطة بكتيريا أخرى وإفرازها من الجسم. بعد ذلك، استخدم الفريق نماذج التعلم الآلي لتحديد الإنزيمات المرشحة المسؤولة عن هذا التحويل الكيميائي الحيوي، ثم اكتشفوا تلك الإنزيمات ومنتجات تحلل الكوليسترول على وجه التحديد في بعض بكتيريا Oscillibacter في المختبر.

ووجد الفريق نوعًا آخر من البكتيريا المعوية، وهي Eubacterium coprostanoligenes، التي تساهم أيضًا في انخفاض مستويات الكوليسترول. يحمل هذا النوع جينًا أظهر العلماء سابقًا أنه يشارك في استقلاب الكوليسترول.

وفي العمل الجديد، اكتشف الفريق أن Eubacterium قد يكون له تأثير تآزري مع Oscillibacter على مستويات الكوليسترول، مما يشير إلى أن التجارب الجديدة التي تدرس مجموعات من الأنواع البكتيرية يمكن أن تساعد في تسليط الضوء على كيفية تفاعل المجتمعات الميكروبية المختلفة للتأثير على صحة الإنسان.