Sweetener specific modulation of physiological responses in uropathogenic Escherichia coli

في كل يوم، يتجه الناس في جميع أنحاء العالم نحو المحليات لتلبية رغباتهم دون استهلاك السعرات الحرارية الموجودة في السكر. من الصودا "الدايت" إلى الحلويات الخالية من السكر، أصبحت هذه الإضافات جزءًا أساسيًا في الأنظمة الغذائية الحديثة، حيث يتم تسويقها كوسيلة آمنة لإدارة الوزن ومستويات السكر في الدم. ومع ذلك، وبينما تمر هذه المواد عبر جسم الإنسان، فإنها لا تتلاشى ببساطة؛ إذ ينتقل جزء كبير منها دون تغيير عبر الجهاز الهضمي ويخرج في البول، ليعود في النهاية إلى البيئة وأنظمة المياه التي تدعم الحياة. وبينما درس العلماء لفترة طويلة كيفية تأثير هذه المواد الكيميائية على التمثيل الغذائي البشري، برز سؤال أكثر هدوءًا: ماذا يحدث عندما تلتقي هذه المحليات بالعالم المجهري للبكتيريا؟ إن الأمعاء البشرية موطن لترليونات الميكروبات التي تلعب دورًا حيويًا في الصحة، وبدأ الباحثون يتساءلون عما إذا كانت المحليات التي نستهلكها قد تغير هذه المجتمعات الصغيرة بطرق لا نفهمها بعد.

في دراسة حديثة، شرع فريق من الباحثين في استقصاء هذا التفاعل، مع التركيز على نوع محدد من البكتيريا يُعرف باسم "الإشريكية القولونية" المسببة لأمراض المسالك البولية (UPEC). هذه هي سلالات "الإشريكية القولونية" التي تسبب التهابات المسالك البولية، وهي حالة شائعة وغالبًا ما تكون مؤلمة. اختار العلماء مقارنة نوعين مختلفين تمامًا من المحليات: "أسيسلفام البوتاسيوم"، وهو محلي اصطناعي شائع يوجد في العديد من المنتجات "الدايت"، و"الستيفيا"، وهو محلي طبيعي مستخلص من نبات. أرادوا معرفة ما إذا كانت هذه المواد الكيميائية، التي تشبه في مذاقها السكر بالنسبة للبشر، ستؤدي إلى ردود فعل مختلفة في البكتيريا المسببة للأمراض. وللقيام بذلك، قاموا باستزراع هذه البكتيريا في بيئة مختبرية، وعرضوها للمحليات مع مراقبة دقيقة لكيفية تغير سلوك الميكروبات، ونموها، ونشاطها الجيني.

وجد الباحثون أن البكتيريا لم تتفاعل مع المحليين بنفس الطريقة. فعند التعرض للمحلي الاصطناعي، أصبحت البكتيريا أكثر نشاطًا بشكل ملحوظ في حركتها. في العالم الطبيعي، تستخدم البكتيريا ذيولًا صغيرة تشبه السوط تسمى "الأصوات" (flagella) للسباحة نحو الغذاء أو بعيدًا عن الخطر. وأظهرت الدراسة أن المحلي الاصطناعي عمل كإشارة، مما تسبب في بناء البكتيريا لمزيد من هذه الذيول والسباحة بسرعة وهدف أكبر. لم يكن هذا الارتفاع في الحركة مجرد تغيير فيزيائي؛ بل كان مدفوعًا بتحول هائل في التعليمات الجينية للبكتيريا، حيث قامت البكتيريا بتنشيط مئات الجينات المصممة خصيصًا للسباحة واستشعار البيئة المحيطة بها، مما جهزها فعليًا للرحلة.

في المقابل، أثار المحلى الطبيعي، الستيفيا، استجابة مختلفة تمامًا. فبدلاً من جعل البكتيريا تسبح بشكل أسرع، بدا أن البكتيريا تستخدم الستيفيا كمصدر للغذاء. فعندما وضع الباحثون البكتيريا في بيئة فقيرة بالمواد المغذية حيث لا يتوفر أي طعام آخر، تمكنت البكتيريا من النمو بوجود الستيفيا. وهذا يشير إلى أن البكتيريا يمكنها تفكيك هذا المحلى النباتي واستخدامه لتغذية بقائها. ومع ذلك، لم يصاحب هذا التحول الأيضي نفس الطفرة في الحركة؛ فلم تصبح البكتيريا أكثر قدرة على التنقل، بل ركزت طاقتها على معالجة مصدر الغذاء الجديد.

كما بحثت الدراسة في كيفية تأثير هذه المحليات على قدرة البكتيريا على تكوين "الغشاء الحيوي" (biofilms)، وهي مجتمعات بكتيرية لزجة تلتصق بالأسطح وغالبًا ما يكون علاجها بالأدوية أصعب. وكانت النتائج هنا متباينة واعتمدت على السلالة المحددة للبكتيريا التي يتم اختبارها. فبالنسبة لبعض السلالات، شجع المحلى الاصطناعي على تكوين هذه الأغشية الواقية، بينما بدا أن المحلى الطبيعي يقلل منها. وهذا يشير إلى أن هذين الكيميائيين يتفاعلان مع استجابات الإجهاد لدى البكتيريا في اتجاهات متعاكسة؛ حيث بدا أن المحلى الاصطناعي يجهد البكتيريا، مما يدفعها لبناء طبقات واقية والتحرك بشكل أكثر عدوانية، بينما بدا أن المحلى الطبيعي يهدئ استجابات الإجهاد هذه، مما يسمح للبكتيريا بالتركيز على النمو بدلاً من ذلك.

تضمن جزء حاسم من البحث مقارنة هذه البكتيريا الواقعية بسلالة مختبرية قياسية يستخدمها العلماء منذ عقود. واكتشف الباحثون أن البكتيريا المختبرية لم تتفاعل تقريبًا مع أي من المحليين؛ فقد ظلت هادئة وغير متغيرة، ولم تظهر أي نشاط جيني يُذكر استجابة للمواد الكيميائية. يسلط هذا الاكتشاف الضوء على فجوة كبيرة في الأبحاث السابقة، إذ يشير إلى أن البكتيريا التي تعيش داخل جسم الإنسان، والتي تطورت للبقاء في بيئات معقدة ومتغيرة، قد تتفاعل مع الإضافات الغذائية بشكل مختلف تمامًا عن النسخ "الأليفة" المستزرعة في المختبرات. أظهرت السلالات السريرية المستخدمة في هذه الدراسة استجابة أكثر دراماتيكية وتنوعًا، مما يشير إلى أن البكتيريا التي تسبب العدوى لدى البشر قد تكون أكثر حساسية لما نأكله مما كان يُعتقد سابقًا.

كما فحص العلماء مستويات الإجهاد الداخلي للبكتيريا، ووجدوا أن المحلى الاصطناعي تسبب في زيادة "أنواع الأكسجين التفاعلية"، وهي جزيئات غير مستقرة يمكن أن تسبب ضررًا للخلايا. غالبًا ما تكون استجابة الإجهاد هذه علامة على أن البكتيريا تتعرض لهجوم أو تعاني للتكيف. ومع ذلك، لم يتسبب المحلى الطبيعي في هذه الطفرة من الإجهاد، بل إنه في بعض الحالات خفض مستويات هذه الجزيئات الضارة. يشير هذا الاختلاف إلى أن المحلى الاصطناعي قد يضع البكتيريا في حالة تأهب قصوى، بينما يسمح لها المحلى الطبيعي بالبقاء في حالة أكثر استقرارًا.

في النهاية، تكشف الدراسة أن مصدر المحلى أمر بالغ الأهمية. فرغم أن الستيفيا وأسيسلفام البوتاسيوم يُستخدمان كلاهما لاستبدال السكر، إلا أنهما يرسلان إشارات مختلفة تمامًا إلى البكتيريا التي تسكن أجسامنا. يبدو أن المحلى الاصطناعي يعمل كمحفز للحركة والإجهاد، مما قد يجعل البكتيريا أكثر نشاطًا وأصعب في السيطرة عليها. أما المحلى الطبيعي، فيبدو أنه يُعامل كمصدر للغذاء، مما يدعم النمو دون زيادة قدرة البكتيريا على الحركة أو تكوين مجتمعات واقية. لا تعني هذه النتائج أن أحد المحليات آمن والآخر خطير، لكنها تظهر أن خياراتنا الغذائية يمكن أن يكون لها تأثيرات دقيقة ومحددة على العالم المجهري داخلنا. ومع استمرار استهلاك هذه المواد بكميات كبيرة، يصبح فهم كيفية تأثيرها على سلوك البكتيريا جزءًا مهمًا من اللغز في الحفاظ على صحة الإنسان.