Kila siku, mabilioni ya bakteria wanaoishi kwenye mfumo wako wa usagaji chakula hubadilika; chakula unachokula, dawa unazotumia, na vijidudu unavyoathiriwa na kufanya baadhi ya bakteria kustawi zaidi kuliko wengine. Wanasayansi wanajua kwamba usawa huu unaobadilika kila mara wa vijidudu vya utumbo unahusishwa na afya na ugonjwa wako, lakini wamejitahidi kuweka chini kile kinachofanya usawa wa microbial bora kuliko mwingine.
Katika muongo mmoja uliopita, wanasayansi kwa ujumla wameeleza viumbe hai vya mtu—mkusanyiko wa vijiumbe vidogo vinavyopatikana kwenye utumbo wa binadamu—kwa kubainisha ni aina gani za bakteria zilizopo, na kwa kiasi gani. Sasa, kundi la watafiti wakiongozwa na Katie Pollard, PhD, katika Taasisi za Gladstone wamechapisha tafiti mbili mpya zinazopendekeza ufuatiliaji wa aina za bakteria-na sio tu aina-huenda kutoa ufahamu bora zaidi katika microbiome.
Aina za bakteria ni kama mbwa au aina za nyanya—sehemu za spishi zile zile, ilhali ni tofauti kutoka kwa nyingine.
Katika utafiti mmoja uliochapishwa katika jarida la Nature Biotechnology, maabara ya Pollard ilifanya kazi na Stephen Nayfach, PhD, mwanasayansi wa utafiti katika Taasisi ya Pamoja ya Genome ya Idara ya Nishati ya Marekani, kuunda mbinu mpya ya kuchambua aina za bakteria zilizopo kwenye sampuli ya microbiome. haraka na kwa bei nafuu kuliko teknolojia zilizopo. Njia hiyo mpya, Pollard anasema, itawawezesha watafiti kufanya uchambuzi mkubwa na sahihi zaidi wa microbiome kuliko hapo awali.
Katika karatasi tofauti iliyochapishwa mtandaoni katika Utafiti wa Genome, Pollard alishirikiana na maabara za Benjamin Good, PhD, na Michael Snyder, PhD, katika Chuo Kikuu cha Stanford kufuatilia aina za bakteria zilizopo kwenye microbiome ya mtu mmoja kwa pointi 19 tofauti kwa muda wa 5- kipindi cha mwezi, ikiwa ni pamoja na kabla na baada ya kozi ya antibiotics. Waligundua kwamba, katika baadhi ya matukio, wingi wa aina ya bakteria ulibaki mara kwa mara kati ya pointi za wakati, lakini matatizo ndani ya aina hiyo yalibadilika sana.
Kufanya Microbiomes Kuwa na Maana
Ndani ya utumbo wako, huenda bakteria hufanya zaidi ya kusaga chakula chako. Hakika, tafiti zimeonyesha kuwa watu wenye magonjwa mbalimbali kama vile ugonjwa wa matumbo ya uchochezi, pumu, ugonjwa wa akili, kisukari, na saratani wana bakteria tofauti katika mifumo yao ya usagaji chakula ikilinganishwa na watu wenye afya. Lakini matibabu machache yanayolenga microbiome yameibuka kutoka kwa uchunguzi huu hadi sasa.
Kwa kuwa kila bakteria ina msimbo wake wa kijeni, wanasayansi hutegemea mpangilio wa DNA ili kufichua ni bakteria gani hukaa kwenye mikrobiome ya mtu yeyote. Lakini kuchambua mlolongo wa DNA ni vigumu kutokana na ukubwa na utata wa data. Ingawa watafiti wanaweza kutumia mbinu zilizopo ili kubaini ni spishi zipi zilizopo, hizi hutoa tu sehemu ya picha ya uanuwai na kazi ya viumbe hai. Hiyo ni kwa sababu aina tofauti katika aina moja ya bakteria zinaweza kuwa na tofauti kubwa za kijeni, ambazo mara nyingi ni kubwa vya kutosha kushawishi tabia tofauti.
Hadi sasa, kutambua tofauti za kimaumbile katika sampuli ya mikrobiome kunahitaji nguvu ya utendaji wa juu ya kompyuta na hifadhi ya wingu—jambo ambalo halipatikani kwa maabara nyingi. Watafiti walilazimika kulinganisha mamilioni ya vipande vya DNA kutoka kwa jenomu za maelfu ya bakteria waliopo kwenye mikrobiome na hifadhidata yenye mfuatano wa kila kiumbe kidogo kinachojulikana, kwa kutumia mbinu inayojulikana kama upatanishi wa mfuatano.
Pollard na wenzake walijua kwamba safu ndefu za mfuatano wa jenomu ni kawaida kati ya spishi nyingi za bakteria. Kwa hivyo, mlolongo huu hauwezi kutumiwa kusaidia kubainisha aina fulani ya bakteria. Ikihamasishwa na mbinu zinazochanganua tu maeneo yanayotofautiana zaidi ya jenomu ya binadamu, timu iliazimia kutafuta kiwango cha chini zaidi cha maelezo ya mfuatano ambayo wangehitaji kuondoa kutoka kwa data ya mikrobiome ili kubaini ni aina gani iliyomo.
Watafiti walichambua zaidi ya jeni 100,000 zinazopatikana hadharani na zenye ubora wa juu kutoka kwa takriban spishi 900 za bakteria zinazopatikana kwenye utumbo wa binadamu. Waligundua nyuzi fupi milioni 104 za DNA katika jenomu za bakteria ambazo hutofautiana mara nyingi kati ya aina za bakteria. Kisha, walitumia maelezo haya kuunda algoriti mpya, inayoitwa GenoTyper for Prokaryotes (GT-Pro), ambayo hutafuta data ya mfuatano wa mikrobiome ili kupata ulinganifu kamili wa mifuatano mikuu inayofanya kazi kama vitambulishi vya aina za bakteria. Tofauti na mbinu za awali za kupanga mfuatano, GT-Pro inafaa kwenye kumbukumbu ya kompyuta ya mkononi na haihitaji utendakazi wa juu wa kompyuta na salio la wingu.
Uga wa utafiti hapo awali umewekewa kikomo na ukweli kwamba ni maabara chache tu duniani kote zilizo na pesa au vifaa vya kompyuta kuchambua data ya microbiome katika utatuzi wa matatizo.
Kabla na baada ya Antibiotics
Mojawapo ya maswali ambayo watafiti wa microbiome wamekuwa wakijitahidi kujibu katika miaka ya hivi karibuni ni kiasi gani microbiome inabadilika katika mwili wa mtu mmoja baada ya muda. Swali hili limeshughulikiwa katika kiwango cha spishi; wanasayansi wamefuatilia jinsi muundo wa spishi za vijiumbe vidogo vya watu unavyobadilika pamoja na lishe, magonjwa, au mabadiliko ya mazingira. Lakini matokeo yameshindwa kueleza jinsi microbiome hupata kazi mpya, kama vile ukinzani wa viuavijasumu au uwezo wa kuzima dawa za chemotherapy, wakati muundo wa spishi unabaki thabiti mwezi hadi mwezi.
Pollard na wenzake walitaka kutafakari swali hili kwa undani zaidi, kwa kuchambua jinsi aina za bakteria, badala ya spishi tu, zinavyobadilika kwa wakati. Walitengeneza upya njia iliyoundwa kwa ajili ya kupanga seli moja za binadamu na kuitumia kuweka upau wa molekuli za DNA za bakteria. Hii iliwezesha kikundi kufuatilia aina mahususi za bakteria katika mtu mmoja katika kipindi cha utafiti wa miezi 5.
Timu ilipanga microbiome ya mtu mwenye afya takriban mara moja kwa wiki kwa muda wa miezi 5. Katika kipindi hicho cha wakati, somo hilo liligunduliwa kwa kushangaza na ugonjwa wa Lyme na kupokea kozi ya wiki 2 ya antibiotics-inayojulikana kuondokana na aina nyingi za bakteria, ikiwa ni pamoja na wale wanaoishi kwenye utumbo wa binadamu.
Katika baadhi ya matukio, hii ilikuwa kweli—aina fulani, na aina, za vijiumbe maradhi zilistahimili kwa njia ya ajabu, zikiwa na karibu jeni ambazo hazijabadilika mwanzoni na mwisho wa kipindi cha miezi 5. Lakini katika hali nyingine, aina zilizopo baada ya antibiotics zilikuwa tofauti na zile za mwanzo ingawa wingi wa spishi haukubadilika. Muhimu zaidi, tofauti hizi zingekosekana ikiwa timu ingechanganua tu spishi zilizopo katika kila sampuli ya mikrobiome.
Ingawa algoriti ya GT-Pro ilikuwa bado haijapatikana kutumika katika utafiti huu, Pollard anasema ingerahisisha masomo kama haya ya siku zijazo kuwa rahisi zaidi na kwa bei nafuu kufanya.
Kuonyesha Njia Mpya ya Mafunzo ya Mikrobiome
Bakteria katika mwili wako ni kama pori—mfumo hai, unaobadilika na viumbe vinavyoishi pamoja kwa usawa. Wanapotazama picha za setilaiti kutoka juu, wanaikolojia wanaweza kufuatilia mabadiliko makubwa zaidi na makubwa kwenye msitu, lakini watakosa hila bora zaidi zinazounda mazingira.
Vile vile, wale wanaosoma microbiome kwa kutazama jinsi spishi zinavyobadilika wamekuwa wakipata mtazamo wa hali ya juu wa mtandao, na kuona tu miunganisho iliyo wazi zaidi kwa afya na magonjwa. Lakini kwa GT-Pro na mtazamo mpya wa aina za vijidudu, Pollard anasema, viungo vipya vitaonekana.
