Multimodal phenotyping reveals plant-food-related dietary information in serum Raman spectra of community-dwelling Japanese adults

على مدى عقود، أدرك الأطباء والعلماء أن ما نأكله يشكل صحتنا على المدى الطويل. نحن نعلم أن النظام الغذائي الغني بالخضرو وحوا ผล الفاكهة والحبوب الكاملة يقلل من خطر الإصابة بأمراض القلب والسكري، بينما تفعل الأنظمة الغذائية الغنية باللحوم المصنعة والمشروبات السكرية العكس تماماً. وللقياس، غالباً ما يستخدم الباحثون أنظمة تسجيل تحصي عدد حصص الأطعمة الصحية التي يتناولها الشخص مقابل الأطعمة غير الصحية. تعطي هذه الدرجات رقماً واحداً يمثل جودة النظام الغذائي الإجمالية للشخص. ومع ذلك، فإن الرقم الواحد لا يمكنه سرد القصة كاملة؛ فقد يحصل شخصان على نفس الدرجة تماماً، لكنهما وصلا إليها من خلال مجموعات مختلفة تماماً من الأطعوال. علاوة على ذلك، حتى عندما يتناول الناس نفس الأطعمة، تتفاعل أجسامهم بطرق فريدة؛ فقد يرتفع مستوى السكر في الدم لدى شخص ما بعد الوجبة، بينما يظل مستقراً لدى آخر. السؤال الكبير للعلم الحديث هو كيفية رؤية هذه الاختلافات الفردية الدقيقة في بيولوجيا الجسم. نحن نعلم أن النظام الغذي يترك أثراً في دمنا، لكننا لا نزال نتعلم بالضبط أين يظهر هذا الأثر وكيف نقرؤه.

قام فريق من الباحثين في اليابان مؤخاً بمعالجة هذا اللغز من خلال فحص دم ما يقرب من أربعمائة بالغ من سكان المجتمع المحلي. أرادوا معرفة ما إذا كان بإمكانهم العثور على آثار محددة لما تناوله هؤلاء الأشلي بشكل معتاد مخبأة داخل عينات دمهم. جمع الفريق سجلات مفصلة لما تناوله المشاركون بمرور الوقت، ثم أخذوا عينات دم طازجة لإجراء ثلاثة أنواع مختلفة من الاختبارات. أولاً، أجروا اختبارات دم قياسية يستخدمها الأطباء يومياً للتحقق من أشياء مثل مستويات الكوليسترول والسكر. ثانياً، قاموا بتحليل الميتابولوم المصلي (الاستقلاب المصل)، وهو خريطة كيميائية مفصلة للجزيئات الصغيرة الطافية في الدم والناتجة عن الهضم والتمثيل الغذائي. ثالثاً، استخدموا تقنية تسمى "مطيافية رامان". هذه الطريقة تسلط نوعاً معيناً من الضوء على مصل الدم وتقيس كيفية ارتداد الضوء عن الجزيئات. إنها تعمل بمثابة بصمة جزيئية، حيث تكشف عن التركيب الكيميائي للعينة دون الحاجة إلى إضافة أي أصباغ أو علامات.

بدأ الباحثون بتجميع المشاركين بناءً على درجات جودة نظامهم الغذائي. ووجدوا أن الأشخاص الذين لديهم درجات أعلى، مما يشير إلى عادات غذائية صحية، كان لديهم عموماً تاريخ صحي أفضل خلال السنوات القليلة الماضية. كان هؤلاء الأفراد لديهم حالات دخول أقل للمستشفيات وأرقام أفضل في الفحوصات الصحية القياسية مثل ضغط الدم ووظائف الكلى. ومع ذلك، عندما نظر الفريق في البيانات البيولوجية المعقدة من اختبارات الدم والخرائط الكيميائية، لم يروا المجموعات تنفصل إلى مجموعات واضحة ومتميزة. بعبارة أخرى، لم يؤدِ النظام الغذائي الصحي إلى خلق حالة بيولوجية "صحية" واحدة وواضحة تبدو مختلفة تماماً عن الحالة "غير الصحية". بدت أجسام الأشخاص ذوي الأنظمة الغذائية الجيدة والذين لديهم أنظمة غذائية سيئة متشابهة بشكل مدهش عند النظر إليها ككل، مما يشير إلى أن النظام الغذائي لا يقوم ببساطة بتحويل الجسم من وضع إلى آخر.

تغيرت القصة، مع ذلك، عندما ركز الباحثون على أطعمة محددة بدلاً من الدرجة الإجمالية. طرحوا سؤالاً أكثر دقة: هل يمكنهم التنبؤ بكمية طعام معين، مثل القهوة أو نوع معين من الخضروات، التي تناولها الشخص بمجرد النظر إلى بيانات دمه؟ وجدوا أن اختبارات الدم القياسية والخرائط الكيميائية يمكن أن تتنبأ ببعض هذا، لكن مطيافية رامان أضافت قطعة حاسمة من اللغز. بالنسبة للعديد من المتغيرات الغذائية المحددة، بما في ذلك القهوة وبعض العناصر الغذائية النباتية، وفرت أنماط تشتت الضوء في الدم معلومات إضافية فاتته الاختبارات الأخرى. كان هذا واضحاً بشكل خاص لـ "بيتا كاروتين"، وهو عنصر غذائي موجود في الخضروات البرتقالية والصفراء. تمكن الباحثون من تتبع أنماط رامان المرتبطة ببيتا كاروتين مباشرة إلى اهتزازات محددة في الجزيئات المعروفة بأنها مميزة للكاروتينات. وقد أكد هذا أن الضوء كان يلتقط بالفعل الوجود الفيزيائي لهذه المركبات النباتية في الدم.

ما جعل هذا الاكتشاف أكثر أهمية هو أن إشارة بيتا كاروتين لم تكن حدثاً منعزلاً. فأنماط الضوء نفسها التي أشارت إلى بيتا كاروتين تماشت أيضاً مع مجموعة أوسع من الأطعمة النباتية الصحية. وعندما رسم الباحثون مسار هذه الإشارات، وجدوا أن الخضروات والفواكه والبقوليات ودرجة النظام الغذائي الصحي الإجمالية كلها تشير إلى نفس الاتجاه. وعلى العكس من ذلك، كانت الإشارات الخاصة بالأصناف الأقل صحة مثل اللحوم المصنعة والمشروبات السكرية تشير إلى الاتجاه المعاكس. يشير هذا إلى أن الجسم لا يخزن مجرد "درجة نظام غذائي" واحدة في الدم، بل إن تأثير الطعام يتوزع عبر طبقات مختلفة من البيولوجيا. فبعض جوانب النظام الغذائي تظهر في اختبارات الدم القياسية، وبعضها في الخرائط الكيميائية، وبعضها ينفرد به الطريقة التي يتفاعل بها الضوء مع الدم.

تخلص الدراسة إلى أن نظامنا الغذائي المعتاد لا يتم تمثيله في الجسم كحالة واحدة تشبه المفتاح (تشغيل/إيقاف). بدلاً من ذلك، هو منسوج في البيولوجيا كسلسلة من الأبعاد القابلة للتتبع والموزعة عبر أنواع مختلفة من القياسات. وبينما قد لا تنجح درجة النظام الغذائي البسيطة في فصل الناس إلى مجموعتين بيولوجيتين متميزتين، فإن التفاصيل المحددة لما نأكله لا تزال موجودة، وتنتظر من يجدها إذا بحث عنها بالأدوات المناسبة. ومن خلال الجمع بين الاختبارات الطبية القياسية والمسح المتقدم القائم على الضوء، يمكن للعلماء الآن رؤية صورة أكثر اكتمالاً لكيفية تشكيل الطعام لبيولوجيتنا، والانتقال لما وراء الدرجات البسيطة لفهم البصمات المحددة والقابلة للتتبع للوجبات التي نتناولها.