من اولین بار زمانی که در دانشگاه کوئینزلند در مقطع لیسانس بودم از طریق میکروسکوپ به دنیای میکروب ها نگاه کردم. داشتم بحث می‌کردم که دنبال پزشکی بروم یا یک پروژه افتخاری انجام دهم، اما به محض اینکه این جهان ناشناخته را دیدم، کاملاً شگفت‌زده شدم.
من از تنوع مورفولوژی سلولی در این جامعه میکروبی به ظاهر ساده شگفت زده شدم.
در آن زمان، ما از تکنیکی استفاده کردیم که به ما اجازه می‌داد تا دودمان‌های مختلف باکتری‌ها و باستانی‌ها را با استفاده از فلورسنت برچسب‌گذاری کنیم تا بتوانیم تنوع ساختاری باورنکردنی آنها و نحوه سازماندهی آنها به روش‌های بسیار گسسته را ببینیم – که به ما می‌گفت پیچیدگی بسیار بیشتری وجود دارد. ، از مورفولوژی به تنهایی به ما گفته است.
احمقانه ترین قسمت این بود که ما در آن زمان خیلی کم می دانستیم. اما ما می‌توانستیم فناوری‌های نوظهوری را ببینیم که به ما امکان می‌دهد آنها را بهتر درک کنیم، و این زمانی بود که تصمیم گرفتم روی تحقیق تمرکز کنم.
این به من اجازه داد تا در انقلاب ژنومی در میکروبیولوژی که در اوایل دهه 2000 آغاز شد، شرکت کنم.
پروفسور جیل بانفیلد از من پرسید که آیا می خواهم به برکلی در کالیفرنیا مهاجرت کنم تا یک ایده دیوانه وار را امتحان کنم. او پیشنهاد کرد که به یک نمونه محیطی برویم و هسته را استخراج کنیم همه چيز DNA از همه چيز از میکروارگانیسم‌ها، سپس آنها را بازسازی کنید تا تصویری از چه کسی در آن نمونه وجود داشته باشد و چه کاری انجام می‌دهد. گفتم البته
من از تنوع مورفولوژی سلولی در این جامعه میکروبی به ظاهر ساده شگفت زده شدم.
این آغاز چیزی بود که ما اکنون آن را “متاژنومیک” می نامیم.
تا آن زمان، محققان ابتدا میکروارگانیسم ها را در یک نمونه محیطی با استفاده از ژن 16S rRNA که نوعی بارکد بر اساس این توالی کوتاه و تک ژنی بود، شناسایی می کردند.
این مقداری اطلاعات طبقه بندی را به ما می دهد و به ما اجازه می دهد بگوییم که یک میکروب از نظر فیلوژنتیکی با دیگری مرتبط است.
اما آنچه ما واقعاً می‌خواستیم انجام دهیم بازسازی ژنوم همه میکروارگانیسم‌های موجود در محیط بود. این همان کاری است که ما اکنون با متاژنومیکس انجام می دهیم.
یکی از دلایلی که باید این کار را انجام دهیم این است که قبلاً نتوانسته ایم بیشتر این میکروارگانیسم ها را در آزمایشگاه رشد دهیم، که یکی از موانع بزرگ میکروبیولوژی است.
تنها راهی که می‌توانستیم این میکروارگانیسم‌های کشت‌نشده را شناسایی کنیم، توالی‌های DNA آنها بود. اما در متاژنومیکس، ما شروع به توالی یابی کل ژنوم این میکروارگانیسم ها کرده ایم.
ما این DNA عظیم را می گیریم، به طور تصادفی آن را به قطعات کوچک برش می دهیم، توالی یابی می کنیم و سپس سعی می کنیم ژنوم همه میکروارگانیسم هایی را که در آنجا هستند جمع آوری کنیم.
من دوست دارم به این شکل فکر کنم: اگر یک میکروارگانیسم و یک ژنوم دارید، یک پازل دارید که می‌خواهید آن را کنار هم بچینید.
اما وقتی وارد یک نمونه محیطی یا بالینی می‌شوید، هزاران پازل دارید که همه قطعات را با هم مخلوط کرده‌اید، و سعی می‌کنید این قطعات را به روشی بیوانفورماتیک در کنار هم قرار دهید تا ژنوم هر میکروارگانیسم را بازسازی کنید. آن نمونه
به این ترتیب، ما اولین ایده خود را نه تنها در مورد اینکه چه میکروارگانیسم هایی وجود دارند، بلکه همچنین چه عملکردهایی می توانند در محیط خود انجام دهند، دریافت می کردیم. در آن زمان بسیار هیجان انگیز بود.
پیشرفت های شگفت انگیز در تکنولوژی این امکان را در مقیاس بزرگتر فراهم کرده است. برای مثال، زمانی که من فقط دو دهه پیش روی دکترای خود کار می کردم، می توانستیم روی یک جامعه میکروبی بسیار ساده کار کنیم و حدود صدها هزار دلار برای تولید 100 میلیون جفت پایه داده خرج کنیم.
امروزه می توانید همان مقدار داده را برای چند سنت تولید کنید.
همه اینها با پیشرفت در فناوری توالی یابی همراه با پیشرفت در ابزارهای بیوانفورماتیک است که به درک این حجم عظیم داده و البته زیرساخت محاسباتی پشت آن کمک می کند.
به موازات آنچه در متاژنومیکس اتفاق می‌افتد، ما همچنین توانسته‌ایم این کار را با متاترانسکریپتومیکس انجام دهیم و به بیان mRNA کل جوامع میکروبی نگاه کنیم. پروتئین هایی که توسط متاپروتئومیکس تولید می کنند. و سپس متابولیت های حاصل از طریق متابولومیک.
وقتی این لایه‌های مختلف اطلاعات بیولوژیکی را ادغام می‌کنید، واقعاً می‌توانید یاد بگیرید که در جامعه میکروبی چه می‌گذرد.
اگرچه من زیاد با میکروبیوم های محیطی کار می کنم، کمک هزینه تحصیلی اخیر من در ARC بر روی میکروبیوم انسانی متمرکز شده است. این یک حوزه تحقیقاتی هیجان انگیز با پتانسیل عظیم در سلامت انسان و پزشکی است.
میکروبیوم روده با طیف گسترده ای از بیماری ها، از بیماری های ایمنی و متابولیک گرفته تا بیماری های قلبی عروقی و عصبی مرتبط است.
هدف این میدان در حال حاضر این است که فراتر از داده های ارتباطی حرکت کنیم و به سمت علیت برویم تا بتوانیم نشان دهیم که یک پیوند مستقیم و یک مکانیسم عمل وجود دارد که این ارتباط ها را هدایت می کند.
هدف این میدان در حال حاضر حرکت فراتر از داده های مرتبط و به سمت علیت است
همانطور که در مورد نقش میکروبیوم انسانی در سلامت و بیماری بیشتر می آموزیم، احتمالاً بسیاری از پروبیوتیک های نسل بعدی به بازار می آیند.
اینها بیوتراپی زنده نامیده می شوند که در آن شما اساساً این میکروارگانیسم ها را به عنوان درمان تحویل می دهید. کار هیجان انگیز زیادی در راه است تا بیوتراپی های زنده جدید برای بیماری هایی مانند بیماری التهابی روده ایجاد شود.
و در فضای عصبی – میکروبیوم روده برای تولید انتقال دهنده های عصبی و تنظیم ارتباط روده و مغز بسیار مهم است. بین میکروبیوم روده و اضطراب، افسردگی و استرس ارتباط وجود دارد.
حتی ممکن است بتوانید فردی را که به یک داروی خاص پاسخ نمی دهد به یک پاسخ دهنده تبدیل کنید.
این می تواند به ویژه در زمینه سرطان مهم باشد-مطالعات نشان می دهد که تفاوت های بسیار زیادی در میکروبیوم روده فردی که به ایمونوتراپی پاسخ می دهد در مقایسه با فردی که پاسخ نمی دهد وجود دارد.
توسعه روش های درمانی در این زمینه ها به ویژه هیجان انگیز خواهد بود.
همانطور که به گراهام سیمز گفته شد
