استخدم علماء جامعة تافتس نموذج "خريطة مترو الأنفاق" لتحديد المركبات التي تستهدف مرض لايم، مما يشير إلى الطريق إلى علاجات أكثر دقة في المستقبل. يُظهر النموذج الذي أنشأه الباحثون أن عقارين موجودين لديهما القدرة على توفير خيارات علاجية أكثر انتقائية. لقد طوروا نموذجًا استقلابيًا على نطاق الجينوم، أو "خريطة مترو"، توضح الأنشطة الأيضية الرئيسية للبكتيريا المسببة لمرض لايم.
وباستخدام هذه الخريطة، نجحوا في تحديد مركبين يستهدفان بشكل انتقائي الطريقة الوحيدة التي يصيب بها مرض لايم مضيفه. نُشرت نتائج أبحاثهم في مجلة mSystems في 19 أكتوبر.
على الرغم من أن أيًا من الدواءين لا يعتبر علاجًا فعالاً لمرض لايم لأن له العديد من الآثار الجانبية، فإن الاستخدام الناجح لـ "خرائط مترو الأنفاق" الحاسوبية للتنبؤ بأهداف الدواء والعلاجات الحالية المحتملة يشير إلى أنه قد يكون من الممكن تطوير مواد مجهرية تمنع مرض لايم فقط دون لمس البكتيريا المفيدة الأخرى.
تقوم نماذج التمثيل الغذائي على نطاق الجينوم (GEM) بجمع جميع المعلومات الأيضية المعروفة للأنظمة البيولوجية، بما في ذلك الجينات والإنزيمات والأيضات وغيرها من المعلومات. تستفيد هذه النماذج من البيانات الضخمة والتعلم الآلي لمساعدة العلماء على فهم الآليات الجزيئية، وإجراء التنبؤات، وتحديد العمليات الجديدة التي قد تكون غير معروفة من قبل أو حتى تتعارض مع العمليات البيولوجية المعروفة.
حاليًا، يتم علاج مرض لايم بالمضادات الحيوية واسعة النطاق التي تقتل بكتيريا مرض لايم Acinetobacter baumannii إلى جانب مجموعة متنوعة من البكتيريا الأخرى التي تعيش في الكائنات الحية الدقيقة المضيفة وتؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف المفيدة. بعض الأشخاص الذين يعانون من أعراض لايم المزمنة أو مرض لايم المتكرر يتناولون المضادات الحيوية على مدار العام، على الرغم من أن هذا يتعارض مع الإرشادات الطبية ولا يوجد دليل على فعاليته.
وقال المؤلف الأول بيتر جوين، الأستاذ المساعد في البيولوجيا الجزيئية وعلم الأحياء الدقيقة في كلية الطب بجامعة تافتس: "معظم المضادات الحيوية التي لا نزال نستخدمها تعتمد على اكتشافات تمت منذ عقود مضت، وتعد مقاومة المضادات الحيوية مشكلة متنامية في العديد من الأمراض البكتيرية". "هناك تفضيل متزايد للعثور على كميات ضئيلة من المواد التي تستهدف مسارات محددة في البكتيريا الفردية، بدلا من علاج المرضى بالمضادات الحيوية واسعة النطاق، والتي يمكن أن تعطل الميكروبيوم وتؤدي إلى مقاومة المضادات الحيوية."
والمركبان اللذان تم تحديدهما باستخدام النموذج الحسابي "خريطة مترو الأنفاق" هما دواء مضاد للسرطان له آثار جانبية حادة ودواء للربو تم سحبه من الأسواق بسبب آثاره الجانبية. تم اختبار كلا العقارين اللذين حددهما النموذج في المختبر، وتبين أنهما ناجحان في قتل بكتيريا لايم، وفي المزرعة فقط.
وقال ليندن هو، أستاذ بول وإلين شيروينسكي في علم المناعة وأستاذ البيولوجيا الجزيئية والأحياء الدقيقة والمؤلف الرئيسي للدراسة: "يعد مرض لايم حالة اختبار ممتازة للأدوية ذات الطيف الضيق لأن آثاره محدودة للغاية ويعتمد بشكل كبير على البيئة. وهذا يجعله ضعيفًا بطريقة لا تمتلكها البكتيريا الأخرى".
طورت جوين ومعاونوها هذا النموذج الحسابي خلال جائحة كوفيد-19، عندما لم يتمكنوا من العمل شخصيًا في المختبر. قد يسمح استخدام هذا النموذج للعلماء بتخطي بعض الخطوات العلمية الأساسية المضنية لاختبار وتطوير علاجات أكثر استهدافًا بسرعة أكبر.
وقال جوين، الذي حصل مؤخرًا على جائزة القائد الناشئ من مؤسسة Bay Area Lyme Foundation: "يمكننا الآن استخدام هذا النموذج لفحص المركبات المماثلة التي لا تحتوي على سمية أدوية السرطان والربو ولكن لديها القدرة على منع نفس أو جزء آخر من عملية مرض لايم".
يجري جوين وهوو دراسات أخرى لتحديد ما إذا كان الأشخاص الذين يعانون من أعراض لايم المزمنة ما زالوا مصابين أو ما إذا كان الخلل المناعي هو سبب الأعراض المزمنة. "أستطيع أن أتخيل يومًا يتلقى فيه الأشخاص علاج لايم لمدة أسبوعين بدلاً من المضادات الحيوية واسعة النطاق، ويتم اختبارهم للتأكد من خلوهم من العدوى، ثم يتناولون الدواء لترويض استجابتهم المناعية إذا استمرت الأعراض المزمنة".
وقال جوين إنه يمكن استخدام "خرائط مترو الأنفاق" الحسابية المماثلة مع البكتيريا الأخرى ذات الجينومات الصغيرة نسبيًا، مثل تلك التي تسبب الأمراض المنقولة جنسيًا مثل الزهري والكلاميديا، والريكتسيا التي تسبب حمى روكي ماونتن المرقطة. ويعمل فريق جوين على رسم خرائط لبعض هذه البكتيريا.