The Human Microbiome: There is Much Left to Do

Ruth Ley.

Nature 606, 435 (2022)

میکروبیوم انسان: کارهای زیادی برای انجام دادن باقی‌مانده‌است

زمان آن فرارسیده که بررسی "ژنگان دوم" بشریت کامل‌تر شود.

ترجمه: نازنین عندلیب^*

تهران، دانشگاه تهران، دانشکده زیست شناسی

* مترجم مسئول، پست الکترونیکی: Andalib2727@ut.ac.ir

این هفته دهمین سالگرد اولین بررسی بزرگ تنوع میکروبی در بدن انسان است، که توسط انجمن[1] طرح میکروبیوم انسانی[2] که من یکی از اعضای آن بودم در مجله نیچر[3] منتشر شد. قبل‌از‌آن، میکروب‌شناسان می‌دانستند، بدن به‌عنوان میزبانی برای گروه بزرگی از موجودات زنده از جمله باکتری‌ها، قارچ‌ها و ویروس‌ها می‌باشد که برروی سطح پوست، دهان و روده گسترش یافته‌اند که در مجموع به‌آن‌ها میکروبیوم می‌گویند. اما تا سال 2012 فهرست کاملی از آن‌ها در دست نداشتیم. در حقیقت، این فهرست شامل شاخصی از 10 تریلیون سلول متعلق به هزاران گونه، با وزن 200 گرم درهر فرد است که البته فهرست کاملی نیست. زمان آن فرارسیده که بر روی این طرح اولیه⁴ کار و طرح را بازسازی و به جامعه معرفی کنیم.

از شروع اولیه این کار زمان زیادی سپری شد و سرعت تغییرات در طی این ده سال خیره‌کننده بود. تنها زمانی‌که‌، فناوری‌های توالی‌یابی ژنی با کارآیی بالا که برای اولین بار برای بررسی ژنگان انسان توسعه یافت، به‌اندازه کافی کم‌هزینه و اقتصادی شود، آن‌گاه از این روش در طرح میکروبیوم انسانی (HMP) می‌توان استفاده کرد. پس از شروع به‌کار این انجمن در سال 2007، DNA میکروب‌های یافت شده در و روی 242 نفر از 2 شهر ایالت‌متحده شامل بوستون در ماساچوست و هیوستون در تگزاس را به‌دلیل نزدیکی به دو مرکز توالی‌یابی معروف آن زمان یعنی مؤسسه براد⁵ در MIT و هاروارد در نزدیکی بوستون و کالج پزشکی بیلور⁶ در هیوستون مورد توالی‌یابی و بررسی قرارگرفت. تأمین مالی این طرح به‌عهده‌ی صندوق مشترک مؤسسه ملی سلامت ایالت‌متحده بود و در این طرح از متخصصان بیوانفورماتیک میکروبیوم علمی استفاده شد تا پس از تولید داده‌ها، روی داده‌ها کار انجام دهند.

نتیجه این بررسی به‌صورت اولین فهرست جامع، میکروبیوم انسانی سالم در ایالت‌متحده منتشر شد: فهرست کاملی از ژن‌های موجود در میکروب روده را نشان می‌داد. طرح میکروبیوم انسان (HMP) نشان داد که موجودات سلولی روده از هزاران گونه تشکیل شده‌اند که ردپای ژنتیکی آن‌ها 150 برابر اندازه ژنگان انسان است. در‌نهایت، این فراوانی باعث شد، زیست‌شناسان میکروبیوم را به‌عنوان "ژنگان دوم" اکتسابی محیطی، پنهان در میزبان انسان مشاهده‌کنند. ده‌سال بعد، اطلاعات ما در این زمینه خیلی بیشتر خواهد شد. میکروبیوم برای عملکرد صحیح بدن ما، شامل هضم‌غذا  و جلوگیری از عوامل بیماری‌زا ضروری هست. آزمایش‌ها برروی موش‌ها نشان دادند، ترکیبات میکروبیوم بر سطح درگیری اجتماعی و اضطراب تأثیر می‌گذارد. بیماری‌های رایج مانند بیماری‌های قلبی-عروقی و چاقی با میکروبیوم‌های مختلفی در ارتباط هستند.

چگونه میکروبیوم‌ها در بدن نوزادان به‌وجود می‌آیند –چه‌چیزی بر رشد و تکامل میکروبیوم‌ها تأثیر می‌گذارد- نیز روشن‌تر خواهد‌شد. (باتوجه به‌این‌که میکروب‌ها نقش اساسی برای سلامتی ما دارند، هنوز هم برای من شگفت‌انگیز است که بسیاری از عملکردهای ما مربوط به موجودات بی‌شمار است که از بدو تولد از محیط اطراف‌مان به‌دست‌می‌آوریم).

ما سئوالات علمی بی‌پاسخ زیادی داریم. در تکامل انسان اولین بار میکروبیوم از کجا آمده‌است؟ به‌طورکلی، میکروبیوم‌های انسان با میکروبیوم‌های سایر موجودات‌ مانند نخستین‌ها[4]، پستانداران و یا حیوانات تفاوتی دارند؟ چگونه میکروبیوم‌ها از فردی به فرد دیگر انتقال می‌یابند؟ آیا تغییر رژیم غذایی و شیوه‌های زندگی عاری از میکروب بر سلامت طولانی‌مدت میکروبیوم تأثیر خواهد داشت؟ اولین بررسی ده‌سال قبل برروی تنها افرادی که از دو شهر ایالت‌متحده انتخاب‌شدند، صورت‌گرفت ونتوانست تنوع واقعی میکروبیوم انسانی را به‌تصویر بکشد. اکنون می‌دانیم، افرادی که در اروپا و آمریکای‌شمالی زندگی می‌کنند نسبت به افرادی که در مناطق کمتر صنعتی زندگی می‌کنند، میکروبیوم‌هایی با تنوع کمتر دارند – اما در مورد تفاوت در بین گروه‌های انسانی اطلاعات بسیار اندکی موجود‌است. همچنین اطلاعات اندکی در مورد سایر گروه‌های حیوانی که خود شامل گروه‌های بسیاری هستند در دست می‌باشد. می‌دانیم میکروبیوم‌های حیوانات در‌بند انسان با میکروبیوم حیواناتی که در طبیعت زندگی می‌کنند متفاوت است، تقریباً مانند میکروبیوم‌های انسان‌هایی که زندگی صنعتی دارند با میکروبیوم انسان‌هایی که زندگی غیرصنعتی دارند. اما بیشتر اطلاعاتی که در مورد میکروب‌های حیوانی داریم از مطالعه برروی حیوانات دربند انسان به‌دست‌آمده‌است. همان‌طور‌که به‌دلیل تغییرات سریع جهان، تنوع جانوری را از دست می‌دهیم، تنوع میکروبیومی را نیز از دست‌خواهیم‌داد.

اطلاعات بیشتر مستلزم انجمن جدید است که از هزاران انسان و حیوان نمونه‌برداری انجام‌شود. ما به زیست‌شناسان حیات‌وحش و دانشمندان میکروبیوم نیاز داریم که در کنارهم در سراسر جهان هماهنگ باهم مطالعه کنند. ده‌سال قبل تحلیل و بررسی به‌اندازه‌یی جدید و دشوار بود که ما نمونه‌برداری محدودی انجام دادیم. اکنون، برای انجام طرح باید نمونه‌برداری در سطح جهانی انجام شود.

برخی ممکن‌است بپرسند، چرا ما به یک انجمن جدید، بزرگ و گران‌قیمت نیاز داریم، درحالی‌که داده‌های اندکی در اختیار داریم. دریک زمان یک مطالعه به‌تنهایی توسط یک آزمایشگاه انجام شد. اما صنعتی‌شدن به‌سرعت پیش‌می‌رود و نیروهای اقتصادی مدرن این قدرت را دارند که تنوع میکروبی را سریع‌تر از آن‌چه قابل مشاهده‌است، نابود‌کنند. با یک انجمن جدید دانشمندان می‌توانند نقشه‌ی میکروبیوم را ارائه‌دهند. این مانند یک سرشماری انسانی است: شما منتظر نیستید تا افراد شهرها خود گزارش دهند؛ شما یک تلاش هماهنگ انجام می‌دهید تا به‌صورت مداوم و سریع قبل‌از ایجاد تغییر آن را انجام دهید. سرانجام تجزیه و تحلیل گسترده و جدید تنوع میکروبیوم انسانی، میکروبیوم مهره‌داران موجب خواهد‌شد که داده‌های مربوط به نمونه‌ها در فهرست درخت‌زندگی قرار گیرد. تنها دراین‌صورت است که می‌توانیم برچسب "انسان" را به میکروبیوم گسترش دهیم.

[1] Consortium                                                                                                                                                                                                                                           ⁴ Human microbiome project consortium nature 486, 207-214; 2012

[2] Human microbiome project (HMP)                                                                                                                           ⁵ Broad

[3] Nature                                                                                                                                                                                                                                                   ⁶ Baylor

[4] Primates