Enabling predictive modeling of molecular connections between fermented foods and human inflammation through a paired dataset of cell-based models and multi-omics approaches

على مدى عقود، لجأ الناس إلى الأطعمة المخمرة مثل الزبادي، والكرنب المخلل (ساوركراوت)، والكيمتشي، مدفوعين بنكهاتها الحامضة والوعد بصحة أفضل. وقد دعم العلم لفترة طويلة فكرة أن هذه الأطعمة غنية بمجموعة واسعة من الكائنات الحية الدقيقة والسمات الكيميائية التي تنتجها. وأظهرت الدراسات الحديثة أن تناول هذه الأطعمة يمكن أن يهدئ "النار الداخلية" في الجسم، والمعروفة بالالتهاب، ويساعد مجتمع الميكروبات التي تعيش في أمعائنا على أن يصبح أكثر تنوعاً. ومع ذلك، وبينما رسم الباحثون خارطة للمكونات الموجودة في هذه الأطعمة ولاحظوا فوائدها العامة، إلا أن السلسلة المحددة من الأحداث التي تربط ملعقة من الطعام المخمر بجهاز مناعي أكثر هدوءاً ظلت لغزاً. نحن نعلم أن الطعام يساعد، لكننا لا نفهم تماماً المحادثة الجزيئية التي تجري بين ميكروبات الطعام، ونواتجها الكيميائية، والخلايا البشرية التي تبطن أمعاءنا.

لقد اتخذ فريق من الباحثين الآن خطوة كبيرة نحو حل هذا اللغز من خلال إنشاء خريطة مفصلة لهذه التفاعلات. بدأوا بجمع أكثر من 100 نوع مختلف من الأطعمة المخمرة المتاحة تجارياً، والتي تمثل مجموعة متنوعة من المنتجات الموجودة على رفوف متاجر البقالة. وبدلاً من مجرد تحليل الطعام بمعزل عن غيره، وضعوا خلايا بشرية في بيئة مختبرية وعرضوها لهذه الأطعمة لرؤية كيفية تفاعل الخلايا معها. ولتغطية الصورة الكاملة، لم يعتمد العلماء على طريقة واحدة؛ فقد قاموا بقياس التركيبة الكيميائية للأطعمة نفسها، وحددوا الأنواع المحددة من الميكروبات الموجودة في كل عينة، ثم نظروا في كيفية تغير سلوك الخلايا البشرية بعد معالجتها بها. ومن خلال مطابقة البيانات المستمدة من الطعام مباشرة مع البيانات المستمدة من الخلايا، أنشأوا مجموعة بيانات شاملة تربط التركيبة الفريدة للطعام المخمر بالاستجابة البيولوجية المحددة التي يحفزها في الأنسجة البشرية.

إن نتيجة هذا العمل هي مجموعة ضخمة ومفتوحة من البيانات التي تربط النقاط بين ما يوجد في الطعام وما يحدث داخل الجسم. لقد أنتج الباحثون ملفات جينية مفصلة للخلايا البشرية تحت كل نوع من أنواع المعالجة، مما يوضح بالضبط أي الجينات تم تفعيلها أو إيقافها عندما واجهت الخلايا أطعمة مخمرة مختلفة. وقد قرنوا ذلك بجرد كامل للميكروبات والمستقلبات الموجودة في كل عينة طعام. يسمح هذا النهج للعلماء بتجاوز مرحلة التخمين والبدء في بناء نماذج تنبؤية. ويمكن لهذه النماذج أن تساعد الباحثين في اختبار أفكار محددة حول الأجزاء المسؤولة في الطعام المخمر عن تقليل الالتهاب. لا تدعي الدراسة أنها حددت "رصاصة سحرية" واحدة أو علاجاً عالمياً، بل إنها توفر المواد الخام اللاقة لتمكين المجتمع العلمي من البدء في طرح أسئلة دقيقة.

ومن خلال إتاحة جميع بياناتهم الخام وملفاتهم المعالجة للجمهور، وضع المؤلفون حجر الأساس للاكتشافات المستقبلية. تتيح هذه المورد للعلماء الآخرين استكشاف الآليات الجزيئية التي تكمن وراء التأثيرات المضادة للالتهابات للأطعمة المخمرة دون الحاجة إلى البدء من الصفر. ويشير العمل إلى أن الطريق لفهم كيفية عمل هذه الأطعمة كأدوات للصحة يكمن في النظر إلى العلاقة المعقدة والمتعددة الطبقات بين مكونات الطعام والبيولوجيا البشرية. ومع توفر هذا المورد الجديد، يمكن للمجتمع العلمي الآن البدء في صياغة واختبار الفرضيات حول كيفية تفاعل ميكروبات ومواد كيميائية محددة في الأطعمة المخمرة مع المسارات البشرية، مما يمهد الطريق لاستراتيجيات أكثر دقة في استخدام هذه الأطعمة لدعم صحة الإنسان.