🥒 🙋🏻 🍁 الجراثيم. تاريخ الدراسة وطرق البحث 🤵 🤛 🐢

تلقينا الكثير من التعليقات على المقال الأخير وقررنا مع Atlas استكمال السلسلة بمواد حول الطرق الأخرى لدراسة الميكروبات. في نهاية المقال ، أضافوا أنك بحاجة إلى أن تتذكر عن دراسات البكتيريا المعوية اليوم حتى لا تضر بصحتك.

التوضيح من قبل Rentonorama

كيف بدأت دراسة الميكروبات؟

تسمى الميكروبات المعوية عضوًا جديدًا في جسم الإنسان. لقد عرفنا أكثر أو أقل عن الأعضاء الأخرى لفترة طويلة ، لكن لم يُعرف إلا في نهاية القرن العشرين أن البكتيريا تؤدي وظائف مهمة للبشر. بدأت دراسة الميكروبات في القرن السابع عشر. قام أنتوني فان ليفنجوك ، مبتكر المجهر و "أب علم الأحياء الدقيقة" ، بفحص البكتيريا ووصفها لأول مرة في تجويف الفم والبراز.

في عام 1828 ، قدم كريستيان Ehrenberg المصطلح الجديد Bacterium. في تلك اللحظة ، كان يدرس الإشريكية القولونية (الإشريكية القولونية) ، وهي نوع من البكتيريا بدون جراثيم. بالنسبة للبكتيريا المسببة للبكتيريا ، صاغ كريستيان مصطلح Bacillus. تمت دراسة هذا النوع من البكتيريا بواسطة روبرت كوخ. كما كشف عن العلاقة بين الممثلين الممرضين لهذا الجنس والأمراض مثل الجمرة الخبيثة والسل.

بالفعل في القرن التاسع عشر ، فهم الباحثون أن صحة الإنسان مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالبكتيريا. ومع ذلك ، أصبحت الدراسة الكاملة للميكروبات ممكنة بعد اكتشاف تقنية التسلسل الجيني بواسطة فريدريك سينجر. ليست كل الأنواع قادرة على العيش والنمو في أطباق بتري ، لذلك كان من الصعب تصنيف وتحديد وظائف البكتيريا بالتفصيل.

جنبا إلى جنب مع تطور التكنولوجيا في 70s ، اقترح عالم الأحياء المجهرية كارل Vöze تصنيف الكائنات الحية الدقيقة على أساس تسلسل جزيء الرنا الريباسي 16s ، مما يجعلها مريحة لمقارنة تسلسل النيوكليوتيدات وتحديد درجة الانجذاب. وفقًا للتحليل ، قام كارل بتقسيم جميع الكائنات الحية الدقيقة إلى الكائنات القديمة والبكتيريا وحقيقيات النواة. يستخدم هذا التصنيف الآن.

تتميز حقيقيات النوى بوجود نواة ، لكن البكتيريا والعتائق لا يحدثان. الأركيا هي كائنات دقيقة وحيدة الخلية بسيطة تعيش في ظروف قاسية (في السخانات ، في قاع البحار والمحيطات). وهم الأقدم: الأثريات موجودة على الأرض لنحو 4 مليارات سنة. أيضا ، من بينها لا توجد الكائنات الحية الدقيقة الطفيلية والمسببة للأمراض ، وبين البكتيريا هناك ، على الرغم من عدم وجود ما نعتقد - حوالي 1 ٪.

في الأمعاء البشرية ، الأركيا تنتج الميثان. أيضًا ، كلما زاد عدد الأشخاص ، قلت مخاطر الإصابة بالسمنة ، ولكن العلاقة السببية لا تزال غير واضحة. ليس كل شيء قديم ونادراً ما يتجاوز 1-2٪.

تعيش البكتيريا في مجموعة متنوعة من البيئات ونحن نتواصل معها أكثر من تلك التي نشأت مع الأركيا. أنها تختلف في عدد من الوظائف. على سبيل المثال ، يمكن للبكتيريا تحطيم جزيئات الكربوهيدرات وإنتاج الأحماض الدهنية ، في حين أن الأركيا لا تستطيع ذلك.

كيفية دراسة الجراثيم

قبل الغوص في البحث ، دعونا أولاً نحدّث معرفتنا بالحمض النووي ، الحمض النووي الريبي ، وتخليق البروتين.

يحتاج الجسم إلى البروتينات لتعمل بشكل صحيح. أنسجة الجلد ، من أجل الحفاظ على وظيفة وقائية ، تتطلب واحدة ؛ خلايا العين ، بحيث يعمل الجهاز بشكل صحيح ، مختلفة. في بعض الأحيان تتطلب الخلايا والأنسجة المختلفة نفس البروتين. لإنشاء البروتينات ، تستخدم الخلايا الحمض النووي كتعليمات.

أولاً ، يتم تحديد المنطقة التي تحتوي على المعلومات الضرورية. الحمض النووي المزدوج الذين تقطعت بهم السبل غير ملتزم ويتم نسخ جانب واحد فقط. ثم يتم إرجاع الحمض النووي ، وهناك نسخة من أحد جانبيه (RNA) تلتقط الريبوسوم. تقرأ التسلسل وتبني عليه سلسلة من الأحماض الأمينية ، والتي تتشكل بعد ذلك وتصبح بروتينًا.

يمكن مقارنة هذا بالطبخ وفقًا لكتاب الوصفات القديم. أولاً ، نكتب وصفة حتى لا نستخدم الكتاب الهش ، لكن القيم مرة أخرى. علاوة على الوصفة ، نجمع بين المنتجات المختلفة ، مثل الريبوسوم الحمض الأميني ، للحصول على الطبق النهائي. بالنسبة للخلية ، يعد الطبق بروتينًا يستخدمه بشكل أكبر في تلبية احتياجاته. بالإضافة إلى البروتين ، فإن الكائنات الحية الدقيقة تنتج مركبات أخرى ، مثل الأحماض الدهنية ، والتي تعتبر مستقلبات.

لدراسة الكائنات الحية المجهرية ، تُستخدم أربعة مناهج بشكل رئيسي: أبحاث الميتاجينوم - الدنا ، الميتاترسكريبتوميكوم - أبحاث الحمض النووي الريبي ، الميتابوتريوميكس - أبحاث البروتين ، الأيضات - أبحاث المستقلبات.

تسلسل ميتاجينوم

Metagenome - مجموعة من جينات جميع الكائنات الحية في البيئة المدروسة. يكمن جوهر هذا التحليل في تسلسل جين الرنا الريباسي 16s ، المسؤول عن تشغيل الريبوسوم RNA ، أو في تسلسل كل الحمض النووي. تجيب هذه الدراسة على أسئلة "ما هي الكائنات الموجودة في العينة وما هي الوظائف التي يمكن أن تؤديها؟" تحدثنا عن هذه التكنولوجيا بالتفصيل في مقال سابق ، لأن اختبار "Microbiota Genetics" مبني عليها.

عادةً ، تشير أبحاث الأحياء المجهرية إلى هذا النوع من التحليل ، لأنه كان أول من يتم استخدامه على نطاق واسع لدراسة البكتيريا. بعد ظهور تقنية تسلسل الحمض النووي ، أطلق العلماء مشروعًا عالميًا لدراسة التربة والبحار والينابيع الحارة. بفضل التحليل metagenomic ، نمت قاعدة بيانات الكائنات الدقيقة أضعافا مضاعفة. يتيح لك التسلسل دراسة البكتيريا في بيئة طبيعية ، بينما في ظروف المختبر ، يموت الكثير منها.

في عام 2007 ، بدأ باحثون أمريكيون مشروعًا لدراسة مشروع الميكروبيوم البشري Human Microbiome . أصبح الدافع لإجراء دراسة واسعة النطاق لتكوين البكتيريا المعوية على أساس البيانات metagenomic. بعد خطة HMP في أوروبا في عام 2008 ، أطلقت مشروعًا مشابهًا لدراسة الكائنات الحية الدقيقة البشرية - MetaHit .

يتمثل جوهر الدراسات الميتاجينية في فهم الكائنات الحية المجهرية الموجودة في العينة ، وعددها وما هي الوظائف التي تؤديها. لا يقيم التحليل بشكل مباشر المركبات التي ينتجها المجتمع البكتيري. ومع ذلك ، بفضل العديد من الدراسات metagenomic ، يمكننا التنبؤ بذلك بشكل غير مباشر. على سبيل المثال ، إذا كان لدى الشخص المزيد من منتجي البكتيريا لحمض الزبد - فمن المحتمل أن ينتج عن ذلك ميكروبيوتا.

الدراسات Metagenomic على نطاق واسع لأنها أسهل في إجراء مقارنة مع أساليب أخرى. دراسة الحمض النووي الريبي ، والبروتينات ، والأيضات تتطلب تنقية عينة متطورة والمزيد من التحليلات المستهلكة للوقت.

وفقا للبيانات metagenomic ، لدينا أكثر النتائج. وينظر إلى هذا بوضوح على أساس جميع المقالات العلمية والبحوث السريرية PubMed. يؤدي البحث عن الميكروبيوم metagenomic إلى إرجاع حوالي 4500 مقالة مختلفة ، وهو عبارة عن استعلام ميكروبيوم metatranscriptomic إجمالي 225 ، ميكروبيوم metaproteomic 100 ، metbiomic microbiome 1600.

تسلسل Metatranscriptome

النص هو مجموع جميع جزيئات الرنا المرسال (mRNA) التي تتجمعها خلية واحدة أو مجموعة من الكائنات الحية الدقيقة. في تحليل metatranscriptome ، تتم دراسة الحمض النووي الريبي مباشرة ، وليس الجين الذي يشفره.

يحدث أن هناك بكتيريا ، لكنها لا تشارك في حياة المجتمع الميكروبي: فهي تحتوي على جينات غير نشطة لا يتم نسخها بواسطة جزيء الحمض النووي الريبي. تسمح لنا دراسات Metatranscriptome بتقييم الجزء النشط بالضبط من الكائنات الحية الدقيقة. ومع ذلك ، فإن جزيء الحمض النووي الريبي ليست مستقرة مثل الحمض النووي ، وتتحلل بسرعة. لذلك ، من الأصعب والأكثر تكلفة عزله وحفظه للتحليل.

في كثير من الأحيان تستخدم دراسات النسخ لدراسة بعض وظائف الجينات. في هذه الحالة ، يتم التحقق من نتائج اختبار الحمض النووي الريبي ضد البيانات metagenomic. حتى يحصل العلماء على معلومات أكثر اكتمالا عن عمل الكائنات الحية الدقيقة. قد تكون دراسات metatranscriptome المجهرية مفيدة في تحديد بدقة أكبر إمكانات تخليق المستقلبات المختلفة.

Metaproteomika

مع هذا النهج ، تتم دراسة جميع البروتينات الموجودة في العينة. توفر Metaproteomics معلومات حول بنية ووظائف وديناميات مجتمع الميكروبات. سيتعلم العلماء المزيد عن كيفية تفاعل الكائنات الحية مع بعضها البعض ، والتنافس على التغذية ، وإنتاج الأيض.

أولاً ، يتم عزل البروتينات من العينة. في كثير من الأحيان ، يستخدم اللوني السائل لهذا الغرض. ثم يتم إجراء تحليل إضافي لتحديد قياس الطيف الجزيئي للوزن الجزيئي. لذلك نحصل على معلومات حول شظايا البروتين (الببتيدات) ، ولكن ليس حول البروتين بأكمله. لجمع الشظايا في مجموعة واحدة ، يتم استخدام برامج خاصة ، ويتلقى العلماء بيانات جاهزة.

الميتوبروتوميكس حاليا أقل شعبية من دراسات الحمض النووي الريبي. هذا بسبب تعقيد البحث واحتمال الخطأ الكبير. قد تحتوي العينة على الكثير من البروتينات البشرية أو الغذائية. ومع ذلك ، يمكن أن تساعد الميتوبروتيكات العلماء في تسليط الضوء على التفاعلات بين البكتيريا وتعطيل الكائنات الحية الدقيقة في الأشخاص الذين يعانون من الأمراض.

الايض

مع هذا النوع من التحليل ، تتم دراسة المستقلبات - المواد التي تنتجها البكتيريا. يمكن أن تكون هذه الأحماض الأمينية والدهون والسكريات والأحماض الدهنية (بما في ذلك حمض الزبد) وغيرها من المركبات. الآن يتم وصف حوالي 40.000 مستقلب من الجسم البشري ، ويتم تسجيلها جميعًا في قاعدة بيانات كبيرة.

كعينة لدراسة المستقلبات ، يمكنك استخدام أي سوائل من الجسم البشري: الدم واللعاب والبول والغسل المعوي (التنظيف) وحتى السائل النخاعي. في المتوسط ، يوجد حوالي 4200 مستقلب في بلازما الدم ، و 3000 في البول ، و 500 من السائل النخاعي ، و 400 في اللعاب ، ومع ذلك ، يتم استخدام الغسل كمادة حيوية لدراسات الأحياء المجهرية.

يشبه إجراء دراسة الأيض تحليل البروتين. باستخدام نفس الكروماتوغرافيا السائلة أو الغازية ، يتم عزل المستقلبات أولاً ثم يتم قياس وزنها الجزيئي باستخدام مطياف الكتلة.

دراسة المستقلبات لها حدودها. على سبيل المثال ، استنادًا إلى هذه الدراسة ، لا يمكننا أن نعرف بالضبط الأيضات التي تفرزها الكائنات الحية الدقيقة المعوية ، والتي تلقيناها مع الطعام.

أيضا ، من المستحيل حساب عدد البكتيريا الموجودة في الميكروبات. لذلك ، للحصول على صورة أكثر اكتمالا ، يصاحب البيانات على المستقلبات نتائج التحاليل metagenomic. يستخدم هذا النهج في بعض الأحيان لدراسة كيفية مشاركة الكائنات الحية المجهرية ومستقلباتها في تطور الأمراض.

ما يجب تذكره

حتى الآن ، لم يتم استخدام أي طريقة للبحث عن الميكروبات في الممارسة السريرية المنتظمة. في بعض الأحيان ، للحصول على صورة كاملة ، قد يوصي الطبيب بإجراء دراسة ميتاجينوم للميكروبات لتقييم تكوين البكتيريا المعوية.

نحن نحذر المستخدمين من أن اختبار Microbiota Genetics مخصص للأغراض التعليمية فقط وهو مصمم للأشخاص الأصحاء المهتمين بالتعرف على البكتيريا. إذا كان الشخص مريضًا ، فسيكون قادرًا على اكتشاف تركيبة البكتيريا ، لكن التوصيات في هذه الحالة لن تكون ذات صلة. تختلف الكائنات المجهرية للأشخاص المصابين بأمراض اختلافًا كبيرًا ، وستكون الصورة "الطبيعية" بالنسبة لهم مختلفة.

لا ننصح الأطفال بإجراء الدراسة ، لأن بيانات الأحياء المجهرية الخاصة بهم أقل بكثير. والتدخل غير الضروري والحد من حمية الأطفال وفقًا لنتائج الدراسة يُحتمل أن يكون خطيرًا ، نظرًا لأن الطفل قد لا يتلقى العناصر الغذائية الضرورية أو قد يعاني من فرط التشخيص.

اليوم ، يُعرض على سكان روسيا ودول الكومنولث المستقلة دراسة عن مستقلبات الكائنات الحية الدقيقة للأطفال والبالغين الذين يستخدمون عينة من الدم أو اللعاب بواسطة كروماتوجرافيا الغاز والطيف الكتلي. وفقا لنتائجها ، وفقا لمطوري هذه الطريقة ، من الممكن تقييم وجود وغياب التهاب في الجسم.

ومع ذلك ، لا توجد مثل هذه التوصيات في المبادئ التوجيهية السريرية الدولية. يجب إجراء تشخيص الالتهاب والمرض بطرق تحتوي على مستوى عالٍ من الأدلة ، ودرجة معينة من الحساسية ، واحتمال ضعيف للنتائج الإيجابية الخاطئة ومضاعفات التشخيص الزائد.

مقالات أخرى حول الميكروبات المعوية:

الجراثيم. تاريخ الدراسة وطرق البحث