طور الباحثون "ملقطًا ذكيًا" يمكنه تمييز سلالات معينة من البكتيريا من تريليونات الميكروبيوم وتسلسل جينوماتها بطريقة أكثر فعالية من حيث التكلفة والموارد من الطرق الحالية. تتيح هذه الأداة متعددة الاستخدامات إجراء دراسة دقيقة للميكروبيوم وتؤدي إلى اختراقات في تشخيص الأمراض وعلاجها.
لقد أدى تسلسل الجينوم البكتيري إلى تحسين فهمنا لبيولوجيا العديد من مسببات الأمراض البكتيرية بشكل كبير وتحديد أهداف المضادات الحيوية الجديدة. عندما يتعلق الأمر بالميكروبيوم، غالبًا ما يرغب الباحثون في دراسة نوع واحد فقط من البكتيريا، وليس جميعها. تكمن المشكلة في أن بكتيريا معينة ليست سوى جزء من بيئة معقدة تتضمن بكتيريا وفيروسات وفطريات وخلايا مضيفة أخرى، ولكل منها حمضها النووي المعقد بنفس القدر.
حاليًا، يحتاج العلماء إلى عزل سلالة معينة من البكتيريا من عينة معينة واستخدام وسائط الثقافة لزراعة تلك السلالة بشكل انتقائي. هذه عملية تستغرق وقتًا طويلاً ومواردًا ولا تنجح مع جميع أنواع البكتيريا. ومع ذلك، أطلق الباحثون في كلية إيكان للطب في ماونت سيناي بالولايات المتحدة طريقة مبتكرة، mEnrich-seq، مصممة لتحسين مستوى أبحاث الميكروبيوم بشكل كبير.
وقال فانغ جانج، المؤلف المقابل للدراسة: "تخيل أنك عالم وتحتاج إلى دراسة نوع معين من البكتيريا في بيئة معقدة". "يوفر mEnrich-seq للباحثين بشكل أساسي "ملقطًا ذكيًا" يسمح لهم بالتقاط الأجزاء التي يهتمون بها."
في تطوير mEnrich-seq، كان الباحثون يهدفون إلى تمييز البكتيريا عن بعضها البعض قبل تحديد تسلسلها لإثراء البكتيريا محل الاهتمام وإزالة الحمض النووي في الخلفية. وللقيام بذلك، تستغل الأداة نماذج مثيلة الحمض النووي البكتيري التي تحدث بشكل طبيعي، وهي "الرموز السرية" الموجودة على الحمض النووي البكتيري والتي تستخدمها البكتيريا لتمييز نفسها كجزء من جهاز المناعة الخاص بها. في الواقع، في اسم "mEnrich-seq"، يشير "m" إلى المثيلة و"seq" إلى التسلسل.
وبمجرد التقاطها بواسطة "الملاقط الذكية"، يمكن للباحثين تجميع جينوم واحد أو أكثر من البكتيريا المستهدفة لدراستها بشكل أكثر دقة. أظهر الباحثون قوة mEnrich-seq باستخدام mEnrich-seq لإعادة بناء جينوم الإشريكية القولونية من خلال تحليل عينات بول من ثلاثة مرضى يعانون من التهابات المسالك البولية (UTI). ووجدوا أن الأداة غطت أكثر من 99.97% من الجينومات في العينات الثلاث، مما أتاح إجراء تحليل شامل لجينات مقاومة المضادات الحيوية في كل جينوم. يسهل mEnrich-seq الدراسات الخالية من الثقافة لجينومات الإشريكية القولونية في ميكروبيوم البول مع حساسية أعلى (وفرة نسبية أقل للبكتيريا) مقارنة بالطرق القياسية.
ثم حولوا انتباههم إلى Akkermansiamuciniphila، وهي بكتيريا تستعمر الأمعاء وترتبط بحالات مثل السمنة ومرض السكري من النوع الثاني. ومن الصعب أيضًا عزل هذه البكتيريا من عينات البراز. ومع ذلك، قام الباحثون بذلك باستخدام تقنية mEnrich-seq، التي غطت أكثر من 99.7% من جينوم الشيغيلة الزحارية عبر العينات الثلاث.
ويقول الباحثون إن mEnrich-seq يوفر طريقة أكثر اقتصادا لأبحاث الميكروبيوم، وهو مفيد بشكل خاص للدراسات واسعة النطاق ذات الموارد المحدودة، وبالتالي يفتح آفاقا جديدة في مختلف مجالات البحث. وقالوا إن mEnrich-seq يمكنه التركيز على مجموعة متنوعة من البكتيريا وهو أداة متعددة الاستخدامات للبحث والتطبيقات السريرية. ومن خلال دراسات الميكروبيوم الأكثر استهدافًا، يمكن لـ mEnrich-seq تسريع عملية تطوير أدوات تشخيصية وعلاجات جديدة.
وقال فانغ: "الشيء الأكثر إثارة في mEnrich-seq هو قدرته على الكشف عن التفاصيل التي تم تجاهلها سابقًا، مثل جينات مقاومة المضادات الحيوية التي لم تتمكن طرق التسلسل التقليدية من اكتشافها بسبب عدم الحساسية الكافية". "قد تكون هذه خطوة مهمة في مكافحة المشكلة العالمية المتمثلة في مقاومة المضادات الحيوية."
ويخطط الباحثون لتحسين الأداة لزيادة كفاءتها وتوسيع نطاق تطبيقها. من المتصور أن يصبح mEnrich-seq أداة حساسة ومتعددة الاستخدامات في أبحاث الميكروبيوم والتطبيقات السريرية المستقبلية.
ونُشر البحث في مجلة Nature Methods.