In Silico Polypharmacological Profiling of Lupeol and 1-Heptatriacontanol from Probiotic Limosilactobacillus reuteri GM4 and Streptococcus equinus WC1 against Colorectal Cancer-Associated Targets

السرطان هو مرض ناتج عن إشارات مكسورة، حيث تتكاثر الخلايا التي ينبغي لها أن تتوقف عن النمو بدلاً من ذلك بشكل خارج عن السيطرة. وفي القولون، يؤدي هذا النمو غير المنضبط إلى سرطان القولون والمستقيم، وهو سبب رئيسي للوفاة في جميع أنحاء العالم. وبينما تقدم الطب الحديثة علاجات مثل الجراحة والعلاج الكيميائي، إلا أن هذه الأساليب قد تكون قاسية، وغالباً ما تجد الخلا السرطانية طرقاً لمقاومتها. وقد دفع هذا العلماء للبحث عن حلول جديدة في أماكن غير متوقعة، بما في ذلك تريليونات البكتيريا الصغيرة التي تعيش داخل الأمعاء البشرية. هذه الميكروبات، المعروفة باسم الميكروبيوم المعوي، تفعل أكثر من مجرد المساعدة في هضم الطعام؛ فهي تنتج مجموعة واسعة من المركبات الكيميائية التي يمكن أن تؤثر على صحة الإنسان. وقد أظهر بعض هذه النواتج البكترية القدرة على مكافحة الأمراض، حيث تعمل كأدوات طبيعية قد تساعد يوماً ما في منع انتشار الخلا السرطانية أو إجبارها على الموت.

لفهم كيفية عمل هذه المواد الكيميائية البكتيرية، لجأ الباحثون إلى طريقة حاسوبية قوية تسمى "الرسو الجزيئي" (molecular docking). تخيل أنك تحاول العثور على مفتاح يناسب قفلاً معيناً؛ في الجسم، "الأقفال" هي البروتينات التي تتحكم في نمو الخلايا، و"المفاتيح" هي الجزيئات الكيميائية. إذا ناسب الجزيء موقعاً نشطاً في البروتين بإحكام، فإنه يمكنه تغيير كيفية سلوك ذلك البروتين. ومن خلال محاكاة عملية التوافق هذه على الكمبيوتر، يمكن للعلماء التنبؤ بالمواد الكيميائية البكتيرية التي قد تتفاعل مع البروتينات المشاركة في سرطان القولون والمستقيم. يسمح هذا النهج للباحثين بفحص آلاف المرشحين المحتملين بسرعة، وتضييق القائمة إلى الأكثر واعدة قبل اختبارهم في المختبر أو في الكائنات الحية.

في دراسة حديثة، استكشف الباحثان منى أ. عاشور وخالد متولي من جامعة عين شمس في مصر هذا الاحتمال باستخدام سلالتين محددتين من البكتيريا النافعة: Limosilactobacillus reuteri GM4 و Streptococcus equinus WC1. تعد هذه البكتيريا جزءاً من المجتمع المعوي الطبيعي وتشتهر بقدرتها على دعم الصحة. قام الفريق أولاً بزراعة هذه البكتيريا في بيئة محكومة وجمع السائل الذي أنتجته، والذي يحتوي على المواد الكيميائية التي تفرزها البكتيريا. وباستخدام تقنية تفصل وتحدد المواد الكيميائية بناءً على وزنها وبنيتها، قاموا بتحليل الخليط لمعرفة ما بداخله. ووجدوا أن البكتيريا أنتجت عدة جزيئات معقدة، لكن اثنين برزا كالأكثر وفرة وإثارة للاهتمام: مركب يسمى "لوبيول" (lupeol) وآخر يسمى "1-هيبتاترياكونتانول" (1-heptatriacontanol). شكل اللوبيول ما يقرب من 15 بالمائة من المواد الكيميائية المتطايرة من إحدى السلالات، بينما ظهر 1-هيبتاترياكونتانول بنسبة 5.5 بالمائة تقريباً في السلالة الأخرى.

مع تحديد هذين المادتين الكيميائيتين، طرح الباحثون سؤالاً حاسماً: هل يمكنهما الارتباط بالبروتينات التي تحفز سرطان القولون والمستقيم؟ اختاروا عشرة بروتينات بشرية مختلفة معروفة بدورها في تطور السرطان، بما في ذلك تلك التي تتحكم في انقسام الخلايا، وتدير الهرمونات، وتصلح الحمض النووي التالف. وباستخدام عمليات المحاكاة الحاسوبية، قاموا بنمذجة كيفية تفاعل اللوبيول و1-هيبتاترياكونتانول مع كل هدف من هذه الأهداف العشرة. أظهرت النتائج فرقاً واضحاً بين المادتين الكيميائيتين؛ فقد كان اللوبيول ملائماً أكثر بكثير لبروتينات السرطان من 1-هيبتاترياكونتانول. في ثماني حالات من أصل عشر، ارتبط اللوبيول بقوة أكبر، وتراوحت قوة الرابطة من متوسطة إلى قوية جداً. حدث أقوى تفاعل مع بروتين يسمى HSD11B1، والذي يساعد في تنظيم هرمونات التوتر في الجسم. في المحاكاة، استقر اللوبيول في الموقع النشط لهذا البروتين بطاقة ارتباط بلغت سالب 11.0 كيلو سعرة حرارية لكل مول، وهي قيمة تشير إلى اتصال مستقر للغاية. في المقابل، عانى 1-هيبتاترياكونتال، وهو في الأساس سلسلة طويلة ومرنة من ذرات الكربون، من تكوين اتصالات مستقرة مع معظم الأهداف، وغالباً ما أظهر درجات ارتباط أضعف بكثير.

فحص الباحثون تفاصيل هذه التفاعلات لفهم سبب فعالية اللوبيول. ووجدوا أن للوبيول بنية صلبة متعددة الحلقات تعمل ككتلة متماسكة، مما يسمح له بالاستقرار براحة في الجيوب المجوفة للبروتينات. لقد شكل العديد من الاتصالات مع الأحماض الأمينية المحيطة، معظمها من خلال التفاعلات الكارهة للماء (hydrophobic interactions)، وهي القوى التي تدفع الأجزاء غير المحبة للماء من الجزيئات معاً. وفي بعض الحالات، مثل بروتين CDC25B، شكل اللوبيول أيضاً رابطة هيدروجينية محددة، وهي نوع أقوى من الاتصال، مع حمض أميني واحد في البروتين. سمحت هذه المجموعة من الشكل الصلب ونقاط الاتصال المتعددة للوبيول بالتمسك بإحكام. ومن ناحية أخرى، افتقر 1-هيبتاترياكونتانول، بسلسلته الطويلة والمتذبذبة، إلى البنية الصلبة اللازمة للإغلاق في مكانه بفعالية، ولم يتمكن إلا من تكوين اتصالات ضعيفة وفضفاضة، مما يفسر أداءه الضعيف في عمليات المحاكاة.

كان أحد أهم النتائج هو التأثير المحتمل على HSD11B1. يُعرف هذا البروتين بكونه مشاركاً في المتلازمة الأيضية ويرتبط ببقاء الخلايا السرطانية. أشارت المحاكاة إلى أن اللوبيول يمكنه حجب نشاط هذا البروتين، مما قد يعطل الإشارات التي تساعد الخلايا السرطانية على النمو. كما سلطت الدراسة الضوء على التفاعلات مع أهداف مهمة أخرى، مثل مستقبل الأندروجين، المشارك في نمو الخلايا، وTRPM8، وهو قناة تستشعر البرودة والألم. وبينما أظهرت النماذج الحاسوبية أن اللوبيول يمكنه الدخول في هذه البروتينات، فقد كان الباحثون حذرين في ملاحظة أن هذه مجرد تنبؤات. فالنماذج لا تثبت أن اللوبيول يوقف بالفعل عمل هذه البروتينات في جسم بشري حي، كما أنها لا تظهر أنه يقتل الخلايا السرطانية مباشرة. وتذكر الدراسة صراحة أن هذه النتائج هي نقطة انطلاق، وهي وسيلة لتوليد فرضيات تحتاج إلى اختبار في تجارب واقعية.

وخلص المؤلفون إلى أنه على الرغم من أن كلا المادتين الكيميائيتين جاءتا من نفس المصدر، فإن اللوبيول هو المرشح الأكثر واعدة لمزيد من الدراسة. إن قدرته على الارتباط بمجموعة واسعة من البروتينات المرتبطة بالسرطان تشير إلى أنه قد يعمل من خلال مسارات متعددة في آن واحد، وهي استراتيجية قد تكون مفيدة ضد الأمراض المعقدة مثل السرطان. ومع ذلك، تؤكد الورقة البحثية أن هذه ليست سوى الخطوة الأولى. فالنتائج هي حسابية بحتة، تعتمد على نماذج رياضية لكيفية تفاعل الجزيئات. وللانتقال من شاشة الكمبيوتر إلى علاج حقيقي، يحتاج العلماء إلى تأكيد هذه التفاعلات في المختبر، واختبار كيفية معالجة الجسم للمادة الكيميائية، ومعرفة ما إذا كانت ستؤدي بالفعل إلى إبطاء أو إيقاف نمو السرطان في الأنظمة الحية. في الوقت الحالي، تقدم الدراسة سبباً مقنعاً للنظر عن كثب في المواد الكيميائية التي تنتجها بكتيريا الأمعاء، مما يشير إلى أن الطبيعة قد وفرت بالفعل بعض الأدوات اللازمة لمحاربة المرض، وهي مخبأة في وضح النهار داخل الميكروبيوم الخاص بنا.