Integrated Bioinformatics Approach Identifies Shared Hub Genes and Pathways Underlying Probiotic Responses in Colorectal Cancer

يعد سرطان القولون والمستقيم مرضاً خطيراً حيث تنمو الخلايا غير الطبيعية بشكل لا يمكن السيطرة عليه في القولون أو المستقيم، مما يؤدي في النهاية إلى تكوين أورام. وبينما يمتلك الأطباء طرقاً عديدة لعلاجه، مثل الجراحة والعلاج الكيميائي، إلا أن هذه الأساليب قد تكون قاسية على الجسم ولا تنجح دائماً مع الجميع. ولهذا السبب، يبحث العلماء عن طرق أكثر لطفاً للمساعدة، بما في ذلك استخدام البروبيوتيك (المعينات الحيوية). وهذه هي البكتيريا النافعة التي توجد غالباً في الزبادي والأطعر المخمرة الأخرى وتعيش في أمعائنا. لسنوات، اشتبه الباحثون في أن هذه البكتيريا المفيدة قد تفعل أكثر من مجرد المساعدة في الهضم؛ بل قد تساعد أيضاً في محاربة السرطان من خلال تغيير كيفية سلوك الخلايا. ومع ذلك، كان هناك جزء مفقود من اللغز. فبينما أظهرت أنواع مختلفة من البروبيوتيك نتائج واعدة في دراسات متنوعة، لم يكن العلماء يعرفون ما إذا كانت جميعها تعمل من خلال نفس المفاتيح الداخلية في الجسم، أم أن كل نوع منها يستخدم طريقة مختلفة تماماً.

لقد وضعت دراسة جديدة تهدف إلى حل هذا الغموض من خلال النظر في التعليمات الجينية داخل خلايا السرطان. ركز الباحثون على نوعين مختلفين من البروبيوتيك: أحدهما يُعرف باسم Bacillus subtilis والآخر يُسمى Propionibacterium freudenreichii. هاتان البكتيريتان مختلفتان تماماً عن بعضهما البعض، تماماً كما أن الدراجة الهوائية والدراجة النارية كلاهما وسيلتان للنقل ولكن تعملان بطرق متميزة. أراد الفريق معرفة ما إذا كان هذان النوعان من البما، رغم اختلافهما، يحفزان نفس التغييرات في جينات خلايا سرطان القولون والمستقيم. وللقيام بذلك، لم يقوموا بزراعة بكتيريا جديدة في المختبر، بل استخدموا نهجاً حاسوبياً قوياً لتحليل بيانات موجودة من تجربتين علميتين منفصلتين نُشرتا مسبقاً. لقد دمجوا المعلومات الجينية من كلتا الدراستين لإيجاد الخيوط المشتركة التي تظهر عند تعرض خلايا السرطان لأي من هذين النوعين من البروبيوتيك.

وجد الباحثون نمطاً واضحاً. فعندما قارنوا بين التغييرات الجينية التي تسببها البكتيريا المختلفة، اكتشفوا 442 جيناً محدداً استجاب لكل من العلاجين بنفس الطريقة. وهذا يشير إلى أنه على الرغم من اختلاف البكتيريا، إلا أن كليهما يقوم بتشغيل وإيقاف نفس المجموعة من المفاتيح الجينية لمحاربة السرطان. ولفهم ما كانت تفعله هذه الجينات الـ 442 بالفعل، رسم العلماء خريطة لها مثل خريطة المدينة، بحثاً عن التقاطعات الأكثر أهمية. ووجدوا أن مجموعة صغيرة من الجينات عملت كمراكز رئيسية، متصلة بالعديد من الجينات الأخرى. وشملت الجينات الأكثر اتصالاً تلك المشاركة في الالتهاب، وموت الخلايا، وكيفية تعامل الخلية مع الإجهاد.

كشفت الدراسة أن هذه البروبيوتيك تعمل من خلال استهداف ثلاث مناطق رئيسية داخل خلايا السرطان. أولاً، تؤثر على الالتهاب. فالدفاع الطبيعي للجسم ضد العدوى يتضمن غالباً الالتهاب، ولكن في حالة السرطان، يمكن لهذا الالتهاب أحياناً أن يساعد الورم على النمو. وأظهرت البيانات أن البروبيوتيك تعمل على تهدئة إشارات التهابية محددة، لا سيما تلك التي يحركها جزيء يسمى TNF ومسار يُعرف باسم NF-kappa B. ثانياً، يبدو أن البكتيريا تحفز برنامج الموت الخاص بالخلية. في الجسم السليم، تُؤمر الخلايا التالفة أو الخطيرة بالتدمير الذاتي، لكن خلايا السرطان غالباً ما تتجاهل هذا الأمر. وقد أشارت التحليلات إلى أن البروبيوتيك تساعد في إعادة تشغيل هذه العملية، مما يجبر خلايا السرطان على الموت. ثالثاً، سلطت الدراسة الضوء على نظام تستخدمه الخلية لإدارة الإجهاد، وتحديداً كيفية طي البروتينات وإصلاحها. عندما تتعرض الخلية للإجهاد، فإنها تنتج بروتينات مساعدة خاصة للحفاظ على سير العمل بسلاسة. وبدت البروبيوتيك وكأنها تشغل نظام الاستجابة للإجهاد هذا، مما قد يساعد الخلية في اتخاذ قرار بشأن البقاء أو الموت.

لاحظ الباحثون أيضاً أن بعض الجينات التي تتأثر بالبروبيوتيك هي نفسها الجينات المشاركة في الأمراض التنكسية العصبية مثل مرض ألزهايمر ومرض باركنسون. ومع ذلك، فقد أوضحوا أن هذا لا يعني أن البروبيوتيك تعالج أمراض الدماغ تلك. بدلاً من ذلك، يبدو أن نفس الآلية التي تستخدمها الخلية لإدارة إجهاد البروتين والطاقة مشتركة بين خلايا السرطان والخلايا المتأثرة بتلك الحالات الدماغية. ومن المرجح أن البروبيوتيك تستهدف هذه الآلية المشتركة، والتي تصادف أنها حاسمة لبقاء خلايا السرطان. وقد حددت الدراسة عدة جينات رئيسية، بما في ذلك MYC و TNF و ATF3، كلاعبين مركزيين في هذه العملية. وتعمل هذه الجينات كمتحكمات رئيسية يبدو أن البروبيوتيك تؤثر عليها.

يوفر هذا العمل صورة أوضح لكيفية مساعدة البروبيوتيك في محاربة سرطان القولون والمستقیم. فهو يشير إلى أن أنواعاً مختلفة من البكتيريا النافعة قد تلتقي عند مجموعة مشتركة من الأهداف داخل الخلية، بدلاً من أن يستخدم كل نوع منها طريقة فريدة ومعزولة. ومن خلال تحديد هذه الجينات والمسارات المحددة، تقدم الدراسة قائمة بالأهداف المحتملة للأدوية المستقبلية. وبينما يعتمد هذا البحث على تحليل حاسوبي لبيانات موجودة وليس على تجارب سريرية جديدة مع المرضى، فإنه يضع أساساً قوياً لفهم الآلية. إنه يشير نحو مستقبل قد يتمكن فيه الأطباء من تصميم علاجات تستهدف خصيصاً هذه المراكز الجينية المشتركة، مما يجعل علاجات البروبيوتيك أكثر فعالية أو يؤدي إلى أدوية جديدة تحاكي التأثيرات المفيدة لهذه البكتيريا. وتؤكد النتائج أن بكتيريا الأمعاء وخلايا القولون في تواصل مستمر، ومن خلال فهم اللغة التي يتحدثونها، يمكن للعلماء إيجاد طرق جديدة لوقف السرطان في مساره.