به گزارش مجله خبری نگار، سالانه بیش از یک میلیون نفر بر اثر عفونتهای ناشی از عوامل بیماریزای مقاوم به داروهای ضدمیکروبی جان خود را از دست میدهند و این مشکل رو به افزایش است. در همین حال، کشف داروهای ضدمیکروبی جدید که میتوانند به مهار این روند کمک کنند، با این سرعت پیش نرفته است.
محققان دانشگاه تگزاس در آستین، نویدبخش دستهای از مواد ضدمیکروبی طبیعی به نام میکروسینها هستند که توسط باکتریهای روده تولید میشوند و به آنها در رقابت با باکتریهای رقیب کمک میکنند. در دو مقاله اخیر، محققان اولین میکروسین شناخته شده را شناسایی کردهاند که سویههای باکتری عامل وبا را هدف قرار میدهد و روشی را برای جستجوی ژنومهای باکتریایی برای میکروسینها با استفاده از هوش مصنوعی شرح دادهاند.
برایان دیویس، استاد علوم زیستی مولکولی و نویسنده ارشد هر دو مقاله، گفت: «تصور کنید روزی ماستی حاوی گونههای پروبیوتیک باکتریهایی که میکروسین تولید میکنند، بخورید تا از وبا، اشریشیا کلی بیماریزا، بیماری التهابی روده یا سرطان روده بزرگ جلوگیری یا آن را درمان کنید. ایده این است که باکتریهای سالم را در آنجا قرار دهیم که بتوانند به طور مداوم میکروسینها را در روده تولید کنند تا با پاتوژن مورد نظر مبارزه کنند.»
مطالعهی وبا که در مجلهی Cell Host & Microbe منتشر شده است، توسط سون-یانگ کیم از دانشگاه تگزاس رهبری شده است.
وبا، یک بیماری اسهالی کشنده ناشی از باکتری ویبریو کلرا، باعث کم آبی شدید بدن میشود و میتواند تنها در عرض چند ساعت منجر به مرگ شود. طبق گزارش سازمان بهداشت جهانی، وبا هر ساله بین ۲۱۰۰۰ تا ۱۴۳۰۰۰ مرگ در سراسر جهان را به خود اختصاص میدهد. تصور میشود نوع دیگری از باکتریهای روده باعث شیوع بیماری التهابی روده میشوند؛ و نوع دیگری از باکتریهای روده با پیشرفت سرطان روده بزرگ مرتبط هستند. هر کدام از این باکتریها هدف بالقوهای برای میکروسینها هستند.
میکروسینها بسیار انتخابی عمل میکنند، به این معنی که برخلاف آنتیبیوتیکهای سنتی که عموماً باکتریهای مطلوب و نامطلوب را از بین میبرند، معمولاً باکتریهای خاصی را هدف قرار میدهند. این بدان معناست که آنها میتوانند باکتریهای ناخواسته را بدون ایجاد اختلال در تعادل ظریف میکروبیوم روده انسان، که برای سلامت کلی بسیار مهم است، از بین ببرند؛ و از آنجا که مکانیسم عمل آنها با آنتیبیوتیکهای سنتی متفاوت است، ممکن است همچنان در برابر عوامل بیماریزایی که در برابر آنتیبیوتیکها مقاومت ایجاد کردهاند، مؤثر باشند.
تشخیص میکروسینها در ژنومهای باکتریایی دشوار است، زیرا توالیهای ژنتیکی آنها بسیار کوتاه و متنوع است. بنابراین، در عوض، تیم شروع به جستجوی ژنومهای V. cholerae برای یافتن پروتئین بزرگتری به نام PCAT کرد که با میکروسینها مرتبط است و به خارج کردن آنها از باکتریهایی که آنها را تولید میکنند کمک میکند تا بتوانند به باکتریهای دیگر برسند.
محققان نزدیک به دو دوجین میکروسین بالقوه، همگی از گونههای غیربیماریزای ویبریو کلرا، یافتند. آنها نشان دادند که یکی از این میکروسینها، به نام MvcC، گونههای بیماریزای ویبریو کلرا را از بین میبرد. به عبارت دیگر، این یک سلاح طبیعی است که یک گونه باکتریایی برای غلبه بر خویشاوندان نزدیک خود از آن استفاده میکند.
دیویس گفت: «شما همین الان در روده خود باکتریهایی دارید که میکروسین تولید میکنند. آنها بخش طبیعی از نحوه سازماندهی و رقابت جوامع باکتریایی شما هستند.»
پس چرا سویههای تولیدکنندهی میکروسینِ ویبریو کلرا خودشان را مسموم نمیکنند؟
محققان دریافتند که سویههای ویبریو کلرا که میکروسین تولید میکنند، نوعی پادزهر به نام پروتئاز ایمنی نیز تولید میکنند. آنها نشان دادند که - در موشهایی که رودههایشان با سویههای بیماریزا و غیربیماریزای ویبریو کلرا آلوده شده بود - باکتریهایی که میکروسین بیان میکردند، نسبت به سویههایی که این کار را نمیکردند، برتری داشتند.
محققان قصد دارند کار خود را بر روی وبا از سه طریق ادامه دهند:
جهش میکروسین ضد ویبریو MvcC آنها برای افزایش کشندگی آنها در برابر ویبریو کلرا و مقاومت بهتر در برابر تجزیه در بدن انسان.
توسعه ترکیبی از میکروسینهای ضد ویبریو مختلف برای جلوگیری از ایجاد مقاومت در برابر داروهای ضد میکروبی.
برای شناسایی سویههای باکتریایی تولیدکننده میکروسین که در تولید و رساندن میکروسینها به عوامل بیماریزا در روده بهترین عملکرد را دارند.
در مقالهای مرتبط که به زودی در یک مجلهی داوریشده منتشر میشود و به صورت پیشچاپ در دسترس است، محققان رویکرد جدیدی مبتنی بر هوش مصنوعی را برای یافتن کاندیداهای بیشتر برای میکروسین شرح میدهند. این رویکرد از LLMهای پروتئینی - آنالوگهای بیولوژیکی مدلهای مولد زبان بزرگ هوش مصنوعی که زیربنای چتباتهایی مانند ChatGPT هستند - برای یافتن توالیهایی مشابه میکروسینهای شناختهشده استفاده میکند. این یکی از چندین رویکرد مبتنی بر هوش مصنوعی است که تیم در حال آزمایش آن است و امیدوار است منجر به کشفهای بیشتر میکروسین شود.
کلاوس ویلک، استاد زیستشناسی تلفیقی و آمار و علوم دادهها در دانشگاه تگزاس و یکی از نویسندگان مقالهی پیش رو، گفت: «زیستشناسی میکروسین بسیار منحصربهفرد و بسیار کم شناخته شده است؛ و بنابراین، این حوزهی خوبی برای کار کردن است، جایی که هنوز کارهای زیادی برای انجام دادن و کشف کردن وجود دارد.»