تصویر قرص (تصویر آرشیوی)
اعتبار: © georgejmclittle / Adobe Stock
اعتبار: © georgejmclittle / Adobe Stock
گزارش کامل
اولین بار، وایو ماینی رِکدال میکروب ها را دستکاری کرد؛ او یک نان خمیر ترش رضایت بخش درست کرد. در آن زمان، ماینی رکدال جوان، و بیشتر افرادی که سر به آشپزخانه می گذاشتند تا چاشنی یک سالاد را طعم دهند، ، پاپ کورن درست کنند، سبزیجات را تخمیر کنند و پیاز سرخ کنند، واکنش های شیمیایی مهم پشت این ترکیبات را در نظر نمی گرفتند.
واکنش هایی که بعد از آن که بشقاب ها را تمیز کردیم (در بدن) اتفاق می افتد حتی حیاتی تر هستند. هنگامی که یک برش خمیر ترش از میان دستگاه گوارش حرکت می کند، تریلیون ها میکروب که در روده ما زندگی می کنند به بدن کمک می کنند که آن نان را خرد و مواد غذایی‌اش را جذب کند. از آن جایی که بدن انسان نمی تواند موادی معین - به عنوان مثال، همه‌ی فیبرهای مهم - را هضم کند، میکروب ها عازم انجام شیمی‌ای می شوند که هیچ انسانی قادر به انجام آن نیست.
ماینی رکدال دانشجوی کارشناسی ارشد در آزمایشگاه پروفسور امیلی بالسکوس و نویسنده نخست مطالعه جدیدشان که در مجله ساینس منتشر شد گفت: "اما این نوع متابولیسم میکروبی همچنین می تواند زیان آور باشد." بر طبق نظر ماینی رکدال، میکروب های روده می توانند داروها را نیز بجوند، که اغلب با عوارض جانبی خطرناکی همراه است. ماینی رکدال گفت: "شاید مواد دارویی به هدف خود در بدن نرسند، شاید به طور ناگهانی سمی شوند، و شاید کمتر مفید واقع شوند."
در مطالعه‌اشان، بالسکوس، ماینی رکدال، و همدستان آنها در دانشگاه کالیفرنیا سان فرانسیسکو، یکی از نخستین نمونه های یقینی را که کشف کرده اند که چگونه میکروبیوم می تواند با یک مسیر منظور شده دارو در بدن تداخل داشته باشد توضیح می دهند. با تمرکز بر لِوُدوپا (L-dopa)، درمان اولیه برای بیماری پارکینسون، آنها شناسایی کرده اند که کدام باکتری ها از میان تریلیون ها گونه، مسئول تخریب دارو هستند و چگونه این تداخل میکروبی متوقف می شود.
بیماری پارکینسون به سلول های عصبی در مغز که به تولید دوپامین می پردازند، که بدون آن بدن می تواند از لرزش، سفتی عضله و مشکلات تعادل و هماهنگی رنج برد، حمله می کند. L-dopa دوپامین را به مغز برای تسکین علائم عرضه می کند. اما فقط حدود 1 تا 5 درصد از دارو در واقع به مغز می رسد.
این تعداد - و کارآیی دارو - به طور وسیع از بیمار به بیمار فرق می کند. از زمان معرفی L-dopa در اواخر دهه 1960، محققان دریافتند که آنزیم های بدن (ابزارهایی که شیمی ضروری را انجام می دهند) می توانند L-dopa را در روده بشکنند و مانع از رسیدن دارو به مغز شوند. بنابراین، صنعت داروسازی، یک داروی جدید، کاربیدوپا، را برای جلوگیری از متابولیسم ناخواسته L-dopa معرفی کرد. با در نظر گرفتن همه این ها با هم، به نظر می رسید این درمان کار می کند.
ماینی رکدال گفت: "حتی با این حال، متابولیسم زیادی وجود دارد که توضیح داده نشده است و بین افراد بسیار متغیر است." آن متغیر بودن یک مشکل است: نه تنها دارو برای برخی از بیماران کمتر موثر است، بلکه زمانی که L-dopa در خارج از مغز به دوپامین تبدیل می شود، این ترکیب می تواند عوارض جانبی‌ای مانند پریشانی شدید مربوط به دستگاه گوارش و آریتمی های قلبی را ایجاد کند. اگر مقدار کمتری از دارو به مغز برسد، به بیماران اغلب برای مدیریت علائم خود بیشتر داده می شود، که به طور بالقوه این عوارض جانبی را تشدید می کند.
ماینی رکدال مظنون بود که ممکن است میکروب ها مسئول ناپدید شدن L-dopa باشند. از آنجا که تحقیق قبلی نشان داد که آنتی بیوتیک ها پاسخ بیمار را به L-dopa بهبود می بخشند، دانشمندان اندیشیدند که باکتری ها ممکن است مقصر باشند. اما هنوز، هیچ کس مشخص نکرده است که کدام گونه های باکتریایی ممکن است مقصر باشند یا چگونه و چرا دارو را می خورند.
بنابراین، تیم بلاسکوس تحقیقاتی را آغاز کرد. شیمی غیر معمول - تبدیل L-dopa به دوپامین - اولین سرنخ آنها بود.
آنزیم های باکتریایی کمی می تواند این تبدیل را انجام دهد. اما، نمره خوبی به تیروزین مرتبط است - اسید آمینه ای مشابه با L-dopa. و یکی از میکروب های خوب غذایی که اغلب در شیر و ترشی (Lactobacillus brevis) یافت می شود، می تواند هر دو تیروزین و L-dopa را بپذیرد.
با استفاده از پروژه میکروبیوم انسانی به عنوان یک مرجع، ماینی رکدال و تیمش به جستجو از طریق DNA باکتریایی پرداختند تا مشخص کنند که کدام یک از میکروبهای روده دارای ژن هایی برای کد دار کردن یک آنزیم مشابه هستند. هنگامی که یک برش خمیر ترش از میان دستگاه گوارش حرکت می کند، تریلیون ها میکروب که در روده ما زندگی می کنند به بدن کمک می کنند که آن نان را خرد و مواد غذایی‌اش را جذب کند. چندین عدد از آنها با معیار آنها مطابقت داشتند. اما فقط یک نژاد،Enterococcus faecalis (E. faecalis) ، هر زمان همه‌ی L-dopa را خورد.
با این کشف، این تیم اولین شواهد قوی برای اتصال E. faecalis و آنزیم باکتری ها (وابسته به PLP تریروزین دیکربوکسیلاز یا TyrDC) به متابولیسم L-dopa را فراهم کرد.
با این حال، یک آنزیم انسانی می تواند و باعث تبدیل L-dopa به دوپامین در روده می شود، و همان واکنش کاربیدوپا برای متوقف کردن آن طراحی شده است. سپس تیم سرگردان بود که چرا آنزیم E. faecalis از رسیدن به کاربیدوپا فرار می کند؟
حتی اگرچه آنزیم های انسانی و باکتریایی دقیقاً یک واکنش شیمیایی را انجام می دهند، نوع باکتریایی فقط کمی متفاوت به نظر می رسد. ماینی رکدال می اندیشید که کاربیدوپا ممکن است قادر به نفوذ به سلول های میکروبی نباشد و یا مغایرت ساختاری جزئی می تواند باعث جلوگیری از فعل و انفعال دارو با آنزیم باکتریایی شود. اگر این طور باشد، دیگر درمان های میزبان هدف نیز ممکن است فقط به بی تأثیری کاربیدوپا بر علیه تدبیرهای میکروبی مشابه باشد.
منبع: دانشگاه هاروارد
واکنش هایی که بعد از آن که بشقاب ها را تمیز کردیم (در بدن) اتفاق می افتد حتی حیاتی تر هستند. هنگامی که یک برش خمیر ترش از میان دستگاه گوارش حرکت می کند، تریلیون ها میکروب که در روده ما زندگی می کنند به بدن کمک می کنند که آن نان را خرد و مواد غذایی‌اش را جذب کند. از آن جایی که بدن انسان نمی تواند موادی معین - به عنوان مثال، همه‌ی فیبرهای مهم - را هضم کند، میکروب ها عازم انجام شیمی‌ای می شوند که هیچ انسانی قادر به انجام آن نیست.
ماینی رکدال دانشجوی کارشناسی ارشد در آزمایشگاه پروفسور امیلی بالسکوس و نویسنده نخست مطالعه جدیدشان که در مجله ساینس منتشر شد گفت: "اما این نوع متابولیسم میکروبی همچنین می تواند زیان آور باشد." بر طبق نظر ماینی رکدال، میکروب های روده می توانند داروها را نیز بجوند، که اغلب با عوارض جانبی خطرناکی همراه است. ماینی رکدال گفت: "شاید مواد دارویی به هدف خود در بدن نرسند، شاید به طور ناگهانی سمی شوند، و شاید کمتر مفید واقع شوند."
در مطالعه‌اشان، بالسکوس، ماینی رکدال، و همدستان آنها در دانشگاه کالیفرنیا سان فرانسیسکو، یکی از نخستین نمونه های یقینی را که کشف کرده اند که چگونه میکروبیوم می تواند با یک مسیر منظور شده دارو در بدن تداخل داشته باشد توضیح می دهند. با تمرکز بر لِوُدوپا (L-dopa)، درمان اولیه برای بیماری پارکینسون، آنها شناسایی کرده اند که کدام باکتری ها از میان تریلیون ها گونه، مسئول تخریب دارو هستند و چگونه این تداخل میکروبی متوقف می شود.
بیماری پارکینسون به سلول های عصبی در مغز که به تولید دوپامین می پردازند، که بدون آن بدن می تواند از لرزش، سفتی عضله و مشکلات تعادل و هماهنگی رنج برد، حمله می کند. L-dopa دوپامین را به مغز برای تسکین علائم عرضه می کند. اما فقط حدود 1 تا 5 درصد از دارو در واقع به مغز می رسد.
این تعداد - و کارآیی دارو - به طور وسیع از بیمار به بیمار فرق می کند. از زمان معرفی L-dopa در اواخر دهه 1960، محققان دریافتند که آنزیم های بدن (ابزارهایی که شیمی ضروری را انجام می دهند) می توانند L-dopa را در روده بشکنند و مانع از رسیدن دارو به مغز شوند. بنابراین، صنعت داروسازی، یک داروی جدید، کاربیدوپا، را برای جلوگیری از متابولیسم ناخواسته L-dopa معرفی کرد. با در نظر گرفتن همه این ها با هم، به نظر می رسید این درمان کار می کند.
ماینی رکدال گفت: "حتی با این حال، متابولیسم زیادی وجود دارد که توضیح داده نشده است و بین افراد بسیار متغیر است." آن متغیر بودن یک مشکل است: نه تنها دارو برای برخی از بیماران کمتر موثر است، بلکه زمانی که L-dopa در خارج از مغز به دوپامین تبدیل می شود، این ترکیب می تواند عوارض جانبی‌ای مانند پریشانی شدید مربوط به دستگاه گوارش و آریتمی های قلبی را ایجاد کند. اگر مقدار کمتری از دارو به مغز برسد، به بیماران اغلب برای مدیریت علائم خود بیشتر داده می شود، که به طور بالقوه این عوارض جانبی را تشدید می کند.
ماینی رکدال مظنون بود که ممکن است میکروب ها مسئول ناپدید شدن L-dopa باشند. از آنجا که تحقیق قبلی نشان داد که آنتی بیوتیک ها پاسخ بیمار را به L-dopa بهبود می بخشند، دانشمندان اندیشیدند که باکتری ها ممکن است مقصر باشند. اما هنوز، هیچ کس مشخص نکرده است که کدام گونه های باکتریایی ممکن است مقصر باشند یا چگونه و چرا دارو را می خورند.
بنابراین، تیم بلاسکوس تحقیقاتی را آغاز کرد. شیمی غیر معمول - تبدیل L-dopa به دوپامین - اولین سرنخ آنها بود.
آنزیم های باکتریایی کمی می تواند این تبدیل را انجام دهد. اما، نمره خوبی به تیروزین مرتبط است - اسید آمینه ای مشابه با L-dopa. و یکی از میکروب های خوب غذایی که اغلب در شیر و ترشی (Lactobacillus brevis) یافت می شود، می تواند هر دو تیروزین و L-dopa را بپذیرد.
با استفاده از پروژه میکروبیوم انسانی به عنوان یک مرجع، ماینی رکدال و تیمش به جستجو از طریق DNA باکتریایی پرداختند تا مشخص کنند که کدام یک از میکروبهای روده دارای ژن هایی برای کد دار کردن یک آنزیم مشابه هستند. هنگامی که یک برش خمیر ترش از میان دستگاه گوارش حرکت می کند، تریلیون ها میکروب که در روده ما زندگی می کنند به بدن کمک می کنند که آن نان را خرد و مواد غذایی‌اش را جذب کند. چندین عدد از آنها با معیار آنها مطابقت داشتند. اما فقط یک نژاد،Enterococcus faecalis (E. faecalis) ، هر زمان همه‌ی L-dopa را خورد.
با این کشف، این تیم اولین شواهد قوی برای اتصال E. faecalis و آنزیم باکتری ها (وابسته به PLP تریروزین دیکربوکسیلاز یا TyrDC) به متابولیسم L-dopa را فراهم کرد.
با این حال، یک آنزیم انسانی می تواند و باعث تبدیل L-dopa به دوپامین در روده می شود، و همان واکنش کاربیدوپا برای متوقف کردن آن طراحی شده است. سپس تیم سرگردان بود که چرا آنزیم E. faecalis از رسیدن به کاربیدوپا فرار می کند؟
حتی اگرچه آنزیم های انسانی و باکتریایی دقیقاً یک واکنش شیمیایی را انجام می دهند، نوع باکتریایی فقط کمی متفاوت به نظر می رسد. ماینی رکدال می اندیشید که کاربیدوپا ممکن است قادر به نفوذ به سلول های میکروبی نباشد و یا مغایرت ساختاری جزئی می تواند باعث جلوگیری از فعل و انفعال دارو با آنزیم باکتریایی شود. اگر این طور باشد، دیگر درمان های میزبان هدف نیز ممکن است فقط به بی تأثیری کاربیدوپا بر علیه تدبیرهای میکروبی مشابه باشد.
منبع: دانشگاه هاروارد
