وكشف علماء المعهد عن تأثير البكتيريا المعوية على أجهزة الجسم عن طريق إمدادها بالمركبات الأساسية لإنتاج الطاقة في الميتوكوندريا.
شهدنا في العقد الأخير ثورة في دراسة العلاقات المتبادلة بين بكتيريا الأمعاء والجسم المضيف، تم في إطارها الكشف عن التأثيرات الواسعة للبكتيريا على نمو الجسم وصحته ووظيفته. ومع ذلك، وعلى الرغم من التقدم المثير للإعجاب في هذا المجال، فإن الآليات التي تؤثر بها البكتيريا المعوية على أجهزة الجسم المختلفة تظل غامضة. وفي دراسة نشرت مؤخرا، كشف علماء في معهد وايزمان للعلوم عن آلية موحدة تعتمد على العلاقة الوثيقة بين البكتيريا المعوية وإنتاج الطاقة في الجسم المضيف. توفر النتائج الجديدة أيضًا تفسيرًا ميكانيكيًا لظاهرة تطورية معروفة، وهي الاختيار بين البقاء الشخصي والإنجاب.
قبل بضع سنوات تم الكشف عنه في المختبر البروفيسور يوآف صوان من قسم العلوم الجزيئية الحيوية، هناك علاقة مفاجئة بين البكتيريا المعوية وإنتاج البويضات في المبيضين وبالتالي أيضًا تطور النسل. وفي الدراسة الحالية - بقيادة الدكتورة يوليا جناينسكي من مختبر البروفيسور سوان وبالتعاون مع الدكتور سيرجي ماليتسكي والدكتور مكسيم إيتكين من قسم البنى التحتية لأبحاث علوم الحياة - حاول الباحثون فهم كيفية وجود البكتيريا في الأمعاء " عن بعد" تؤثر على عمل الجهاز التناسلي في المبيضين. وفي دراسة أجريت على نموذج ذبابة الفاكهة، تم الكشف عن آلية تأثير البكتيريا على توازن الطاقة في الجسم من خلال توفير المستقلبات الأساسية لإنتاج الطاقة في جميع خلايا الجسم.
يقع مركز إنتاج الطاقة في خلايا الجسم في الميتوكوندريا، والتي تسمى أحيانًا مركز قوة الخلية. وهي عضية صغيرة توجد مئات أو آلاف منها في معظم خلايا الجسم. الميتوكوندريا هي المنتج الرئيسي لـ ATP - عملة الطاقة الرئيسية لجميع الكائنات الحية. يعتمد إنتاج ATP في الميتوكوندريا على نشاط الإنزيمات المساعدة المشتقة من الفيتامينات، على سبيل المثال الريبوفلافين (فيتامين ب 2) وهو "مادة خام" للإنزيم المساعد الأساسي FAD. ومع ذلك، فإن الذبابة، مثل الإنسان والحيوانات الأخرى، غير قادرة على إنتاج فيتامينات المجموعة ب بنفسها وتحتاج إلى إمدادات "خارجية" - من مصدر بكتيري أو من خلال التغذية. مجازياً، يمكن مقارنة البكتيريا المعوية بمنتجي المواد الخام التي يتم إنتاجها في الأمعاء وتوزيعها على أجهزة الجسم بأكملها - ومن هنا تأثيرها الجهازي. من المتوقع أن تزداد أهمية الإمداد البكتيري في ظل ظروف الحرمان الغذائي، وافترض الباحثون أنه حتى في ظل الظروف الغذائية الشائعة إلى حد ما، تعد البكتيريا المعوية موردًا مهمًا للفيتامينات اللازمة لنشاط الميتوكوندريا. ولاختبار ذلك قاموا بإزالة بكتيريا الأمعاء لدى إناث الذباب. إلى جانب انخفاض إنتاج البيض في الذباب العقيم، اكتشفوا أيضًا نقصًا في FAD وبالتالي - تأخير في نشاط الميتوكوندريا، وانخفاض في إنتاج ATP وانخفاض معتدل في وزن الجسم؛ وتم تسجيل تأثير مثبط قوي بشكل خاص على نشاط الميتوكوندريا في مجموعة معينة من خلايا المبيض التي تغلف البويضة.
التأثير البكتيري على الميتوكوندريا
ولاختبار ما إذا كان تثبيط نشاط الميتوكوندريا في خلايا المبيض يؤدي في حد ذاته إلى انخفاض في إنتاج البويضات، استخدم الباحثون أدوات وراثية تمنع التعبير عن بروتينات الميتوكوندريا في خلايا مختارة، مع تجنب القضاء على البكتيريا المعوية. وقد وجد أن تثبيط الميتوكوندريا في خلايا غلاف البويضة يكفي لخفض معدل إنتاج البويضات؛ وفي الواقع، فإن تأثير تثبيط الميتوكوندريا في هذه الخلايا يشبه تأثير القضاء على البكتيريا. وقد وجد أيضًا أن توفير البكتيريا المعوية، أو فيتامين ب2 بدلاً من ذلك، للإناث التي تطورت بدون بكتيريا، يزيد من نشاط الميتوكوندريا في هذه الخلايا ويزيد من معدل إنتاج البيض، وكذلك مستويات ATP في الجسم. تم الحصول على مزيد من تعزيز العلاقة السببية بين البكتيريا المعوية وإنتاج الطاقة في جسم المضيف من خلال التجارب التي كشفت عن تأثير إيجابي للبكتيريا المعوية على إمدادات ATP لدى الذكور أيضًا.
يقول البروفيسور سوان: "في محاولة لفهم كيفية تأثير البكتيريا المعوية "عن بعد" على عمل الجهاز التناسلي في المبيضين، اكتشفنا آلية أساسية للتحكم البكتيري في نشاط الميتوكوندريا في خلايا الجسم". "كما ثبت عدة مرات في الماضي، فإن البساطة النسبية لنموذج الذبابة فعالة في الكشف عن العمليات الأساسية الموجودة في جميع الكائنات الحية، بما في ذلك البشر. إذا أضفنا إلى ذلك حقيقة أنه في الواقع لا توجد "براءة اختراع" أخرى - أي أن عمليات إنتاج الطاقة يتم الحفاظ عليها تطوريًا - فيمكننا أن نتوقع أن النتائج الأساسية المكتشفة في نموذج الذبابة يتم الاحتفاظ بها بطريقة مماثلة في كثير من الأحيان. الحيوانات."
تقدم نتائج البحث أيضًا تفسيرًا آليًا للاختيار بين تخصيص الطاقة من أجل البقاء واستثمار الطاقة في تربية النسل. ومن أجل البقاء على قيد الحياة في ظل الظروف العصيبة، يجب استثمار الطاقة في التعامل مع عامل الإجهاد - وهذا الاستثمار ينتقص من إجمالي الطاقة والموارد العديدة اللازمة للتكاثر. العلاقة التي كشفت عنها الدراسة بين نقص فيتامينات ب (والإنزيمات المساعدة المشتقة منها) وانخفاض نشاط الميتوكوندريا في المبيض، تشكل الأساس لآلية تنظيمية تميل إلى إعطاء الأولوية لاستثمار الطاقة في أنشطة البقاء على الاستثمار في الحياة. الجيل القادم. يقول الدكتور جناينسكي: "على الرغم من أن العلاقة لم تظهر حتى الآن إلا في غياب البكتيريا وفيما يتعلق بفيتامين ب2 فقط، فمن المتوقع أن يوجد هذا النوع من التنظيم في نطاق واسع من المواقف الغذائية".
الصورة التي تظهر من البحث هي أن التعايش بين البكتيريا والجسم المضيف يعتمد على محور مركزي، وهو التأثير البكتيري على الميتوكوندريا. إذا أضفنا إلى ذلك حقيقة أن الميتوكوندريا عبارة عن عضية لها حملها الجيني الخاص وتعتبر من البقايا التطورية للبكتيريا القديمة، فإننا نحصل على ما يشبه التعاون بين البكتيريا المعوية و"أسلافها" - الميتوكوندريا.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
