يقدم العلاج بالميكروبيوم الاصطناعي أملاً جديدًا ضد عدوى المطثية العسيرة

يقدم العلاج بالميكروبيوم الاصطناعي أملاً جديدًا ضد عدوى المطثية العسيرة

قال فريق من الباحثين في ولاية بنسلفانيا إن علاج الميكروبيوم الاصطناعي الذي تم اختباره على الفئران يحمي من الأعراض الشديدة للعدوى المعوية التي يصعب علاجها وربما تهدد الحياة. طور الفريق علاجًا لبكتيريا Clostridioides difficile، أو C. difficile، وهي بكتيريا يمكن أن تسبب إسهالًا شديدًا وآلامًا في البطن والتهاب القولون. يمكن أن تتضخم المطثية العسيرة عندما يتعطل توازن ميكروبيوم الأمعاء - تريليونات الكائنات الحية التي تحافظ على صحة الجسم. وقال الفريق إن النتائج التي توصلوا إليها يمكن أن تؤدي إلى تطوير استراتيجيات بروبيوتيك جديدة للبشر لعلاج عدوى المطثية العسيرة كبديل للمضادات الحيوية وزرع الكائنات الحية الدقيقة البرازية التقليدية.

وبينما يعتمد على فكرة زرع البراز البشري، فإن الإجراء الطبي الذي يتم فيه نقل البكتيريا من براز متبرع سليم إلى الجهاز الهضمي للمريض لاستعادة التوازن إلى الميكروبيوم لن يتطلب مادة برازية للنهج الجديد. وبدلاً من ذلك، يستخدم علاج الميكروبيوم هذا سلالات أقل من البكتيريا ولكن أكثر دقة والتي تم ربطها بقمع المطثية العسيرة. وكانت فعالة مثل عمليات زرع البراز البشري في الفئران ضد عدوى المطثية العسيرة، ومع وجود مخاوف أقل تتعلق بالسلامة.

تم نشر النتائج اليوم (3 مارس) في المجلةمضيف الخلية والميكروب. كما قدم الباحثون طلبًا أوليًا للحصول على براءة اختراع للتكنولوجيا الموضحة في الورقة.

قال المؤلف الرئيسي جوردان بيسانز، الأستاذ المساعد في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية، ودوروثي فوهر هاك وجيه لويد هاك، رئيس قسم التوظيف المبكر في تفاعلات الميكروبيوم الضيف: "نحن بحاجة إلى أن نكون أكثر استهدافًا في تدخلاتنا الميكروبيومية".

وشدد على أن التطبيقات التي تعمل على تحسين حياة الناس غالبًا ما تبدأ بعلم الاكتشاف الأساسي.

وقال بيسانز: "يعد هذا المشروع خطوة أولى نحو فهم كيفية تأثير المجتمعات الميكروبية المعقدة على المضيف ثم التركيز على تعلم كيفية تطوير علاجات مشتقة من الميكروبيوم".

عادةً ما تقوم الكائنات الحية الموجودة في الميكروبيوم بمراقبة بعضها البعض. في حين أن العديد من الأشخاص يحملون المطثية العسيرة في أمعائهم، إلا أنها لا تسبب مشكلة عادةً. ومع ذلك، يمكن للمضادات الحيوية أن تقلب الموازين وتخلق بيئة يمكن أن تزدهر فيها المطثية العسيرة عن طريق القضاء على البكتيريا الجيدة إلى جانب البكتيريا الضارة. تمثل المطثية العسيرة ما بين 15 إلى 25% من حالات الإسهال المرتبطة بالمضادات الحيوية. يمكن أن تحدث العدوى غالبًا بعد زيارة المستشفى أو أي مكان آخر للرعاية الصحية.

علاج هذه الالتهابات أمر صعب. المضادات الحيوية ليست فعالة ضد المطثية العسيرة لأن البكتيريا مقاومة للأدوية. تعمل المضادات الحيوية أيضًا على تعطيل ميكروبيوم الأمعاء، مما يخلق حلقة ردود فعل إيجابية تؤدي إلى الإصابة بالعدوى المتكررة. وفقًا لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها، تسبب المطثية العسيرة 500 ألف إصابة وتتسبب في تكاليف رعاية صحية بقيمة 1.5 مليار دولار سنويًا في الولايات المتحدة.

أحد العلاجات التي أثبتت فعاليتها هو زرع الميكروبات في البراز، والذي يعيد التوازن الصحي للبكتيريا في الأمعاء. ومع ذلك، فإن الأمر لا يخلو من المخاطر.

إلى حد ما، تشبه عملية زرع البراز الذهاب إلى الصيدلي حيث يأخذون القليل من كل شيء من على الرف ويضعونه في حبوب منع الحمل، على افتراض أنه من المرجح أن يساعد شيء ما. لكننا لا نعرف بنسبة 100% ما هو الموجود هناك. "

جوردان بيسانز، مؤلف كبير

في بعض الأحيان، يقول بيسانز، يمكن أن تحتوي عمليات زرع البراز دون قصد على بكتيريا مسببة للأمراض.

وتساءل الباحثون، بدلًا من مزيج عشوائي من البكتيريا، هل يمكنهم تحديد الكائنات الحية الدقيقة التي يمكنها قمع المطثية العسيرة بشكل أفضل عن طريق استعمار الأمعاء والتسبب في العدوى؟ هل يمكنهم بعد ذلك إعادة إنشاء هذا الخليط في المختبر وتصميم نسخة مستهدفة من عملية زرع البراز مع هذا المجتمع البكتيري الانتقائي؟

وقال بيسانز: "كانت الفكرة هي أخذ فهمنا لعلم الميكروبيوم الأساسي وتحويله إلى علاجات دقيقة تأخذ ما تعلمناه من عمليات زرع البراز، ولكنها لا تتطلب عمليات زرع براز".

شرع فريق البحث في تحديد "الأصدقاء" و"الأعداء" للمطثية العسيرة؛ بمعنى آخر، أولئك المعرضون للإصابة بالمطثية العسيرة أو أولئك الذين يمكنهم الحد من نمو المطثية العسيرة. قاموا بجمع معلومات حول الميكروبيوم البشري من 12 دراسة منشورة سابقًا والتي تضمنت بيانات تسلسل الميكروبيوم والتشخيصات السريرية لاستعمار المطثية العسيرة. ثم استخدموا التعلم الآلي لتحديد الخصائص الرئيسية للكائنات الحية الدقيقة المنزلية التي ارتبطت بشكل إيجابي وسلبي بمرض المطثية العسيرة.

تم العثور على سبعة وثلاثين سلالة بكتيرية مرتبطة بشكل سلبي مع المطثية العسيرة. بمعنى آخر، عندما كانت هذه الكائنات الحية الدقيقة موجودة، لم تكن هناك عدوى المطثية العسيرة. تم ربط 25 بكتيريا إضافية بشكل إيجابي مع المطثية العسيرة، مما يعني أنها كانت موجودة جنبًا إلى جنب مع عدوى المطثية العسيرة. في المختبر، قام الباحثون بعد ذلك بدمج البكتيريا التي يبدو أنها تثبط المطثية العسيرة وطوروا نسخة اصطناعية من عملية زرع البراز.

في الفئران التي تم اختبارها في المختبر وعن طريق الفم، أدى العلاج بالميكروبيوم الاصطناعي إلى تقليل نمو المطثية العسيرة بشكل كبير، وكان فعالاً في العدوى، وكان فعالاً مثل زرع البراز البشري التقليدي. وقد ثبت أيضًا في الفئران أنه يحمي من الأمراض الشديدة، ويؤخر الانتكاس، ويقلل من شدة الالتهابات المتكررة الناجمة عن استخدام المضادات الحيوية.

من خلال التجارب، قرر الباحثون أن سلالة واحدة فقط من البكتيريا كانت حاسمة في قمع المطثية العسيرة. لقد كان بمفرده فعالًا مثل عملية زرع البراز البشري في منع العدوى في نموذج الفأر.

وقال بيسانز: "إذا كان لديك سلالة Peptostreptococcus هذه، فأنت لا تعاني من C. diffrigile. إنها كابتة فعالة للغاية وهي في الواقع أفضل من جميع السلالات الـ 37 مجتمعة"، موضحًا أن البكتيريا جيدة بشكل خاص في التخلص من الحمض الأميني برولين، وهو ما تحتاجه C. difficile للنمو. حددت الدراسات السابقة آلية أخرى، وهي استقلاب حمض الصفراء الثانوي، باعتبارها حاسمة لمقاومة المطثية العسيرة. وأوضح بيسانز أن هذه النتائج الجديدة تسلط الضوء على أن منافسة البرولين قد تلعب بدلاً من ذلك دورًا أكبر، مما يفتح آفاقًا جديدة محتملة للعلاج العلاجي.

وقال بيسانز إن نهج الفريق في علم الميكروبيوم يمكن استخدامه لفهم التفاعلات المعقدة بين الميكروبات المضيفة وبين أمراض أخرى مثل مرض التهاب الأمعاء، مع إمكانية تطوير علاجات جديدة.

وقال: "الهدف هو تطوير الميكروبات كأدوية وعلاجات مستهدفة".

من بين المؤلفين الآخرين في ولاية بنسلفانيا الذين شاركوا في هذه الورقة شوتشانغ تيان ومين سو كيم، طلاب الدراسات العليا في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية؛ وجينغتشنغ تشاو، باحث ما بعد الدكتوراه؛ كريم هيبر، طالب؛ فوهوا هاو، باحث ما بعد الدكتوراه؛ ديفيد كوسليكي، أستاذ مشارك في علوم الكمبيوتر والهندسة والأحياء؛ وأندرو باترسون، وأستاذ جون ت. وبيج س. سميث وأستاذ علم السموم الجزيئي والكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية.

بتمويل من المعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية، والمعهد الوطني للعلوم الطبية العامة، والمعهد الوطني للسكري والهضم وأمراض الكلى، ووزارة الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية بولاية بنسلفانيا، ومعهد هاك لعلوم الحياة، دعموا هذا العمل.

مصادر: