Integrating dietary assessment and shotgun metagenomics to characterise diet–gut microbiome associations (GUTDIET-PT): Protocol for a multicentre cross-sectional study
تعد دراسة GUTDIET-PT بروتوكولاً مستعرضاً متعدد المراكز يهدف إلى توصيف الارتباطات بين النظام الغذائي والميكروبيوم المعوي لدى 2,500 بالغ برتغالي يتمتعون بصحة جيدة، وذلك من خلال دمج تقييمات غذائية مفصلة مع تسلسل الميتاجينوميات الشامل (shotgun metagenomic sequencing) لإرساء إطار تأسيسي لتعزيز صحة الأمعاء عبر استراتيجيات تغذية مخصصة.
المؤلفون الأصليون:Mariana Moreira, Joana Serpa, André Salgado, Ana Rita Picado, Catarina Sousa Guerreiro, Inês Santos, Ana Santos Almeida
تعيش داخل الأمعاء البشرية مدينة شاسعة وغير مرئية من الكائنات الدقيقة، وهي مجتمع معقد من البكتيريا والفيروسات والفطريات التي تعمل بلا كلل للحفاظ على سير عمل الجسم. تساعد هذه السكان الصغار في هضم الطعام، وتدريب الجهاز المناعي، وإنتاج الفيتامينات الأساسية. ولعقود من الزمن، عرف العلماء أن ما نأكله يعمل كمهندس رئيسي لهذا النظام البيئي الداخلي، حيث يشكل أي الميكروبات ستزدهر وأيها ستتلاشى. وبينما يبدو أن بعض العادات الغذائية، مثل تلك الغنية بالنباتات والحبوب الكاملة، تشجع على وجود مجتمع متنوع ومرن، فإن عادات أخرى، غالباً ما تكون غنية بالأطعاو المصنعة والسكريات، تبدو وكأنها تضعفه. ومع ذلك، فإن تحديد شكل الميكروبيوم "الصحي" بدقة لدى شخص لا يعاني من مرض يظل لغزاً؛ فقد ركزت معظم الأبحاث على كيفية تغير هذه الميكروبات عندما يكون الشخص مريضاً بالفعل، مما ترك فجوة في فهمنا لكيفية تشكيل النظام الغذائي للأمعاء في حالة الصحة التامة.
يهدف بروتوكول دراسة جديد، يُعرف باسم GUTDIET-PT، إلى سد هذه الفجوة من خلال رسم العلاقة بين عادات الأكل اليومية والميكروبيوم المعوي لدى مجموعة كبيرة من البالغين البرتغاليين الأصحاء. وبدلاً من النظر في عناصر غذائية معزولة مثل الألياف أو الدهون، يفحص الباحثون أنماطاً غذائية كاملة — أي كيف يجمع الناس الأطعمة بشكل طبيعي بمرور الوقت. ويقوم الفريق باستقطاب 2500 فرد تترا-وح أعمارهم بين 40 و74 عاماً ممن يخضعون لفحوصات تنظير القولون الروتينية، ولكن ليس لديهم أي علامات لسرطان القولون والمستقيم أو غيرها من أمراض الجهاز الهضمي الكبرى. ومن خلال التركيز على الأشخاص الأصحاء حالياً، يأمل الفريق في وضع خط أساس واضح لما يبدو عليه الأمعاء المزدهرة قبل حدوث أي مرض. ويتيح هذا النهج للفريق رؤية كيف تؤثر طرق الأكل المختلفة، من الحمية المتوسطية التقليدية إلى الأنماط الغربية الأكثر حداثة، على الحياة المجهرية داخل الأمعاء دون الارتباك الناتج عن التغيرات المرتبطة بالمرض.
ولجمع هذه البيانات، تجمع الدراسة بين المقابلات الغذائية المفصلة والتسلسل الجيني المتقدم. يقدم المشاركون سجلين منفصلين لمدة 24 ساعة لكل ما أكلوه وشربوه، يسجلهم أخصائيو تغذية مدربون يسألون عن أحجام الحصص، وطرق الطهي، والعلامات التجارية المحددة. يساعد هذا المستوى من التفصيل في رصد الواقع الفعلي لما يستهلكه الناس، بدلاً من الاعتماد على الذاكرة حول ما يتناولونه عادةً. ثم يحلل الباحثون هذه السجلات لتحديد الأنماط الغذائية الشائعة، مثل الالتزام بنظام غذائي نباتي أو نظام غذائي على الطراز الغربي، ويحسبون مدى الالتهاب الذي قد يسببه كل نظام غذائي. وإلى جانب هذه السجلات الغذائية، يجمع المشاركون عينات برازهم في منازلهم. تُحفظ هذه العينات فوراً لحماية المادة الوراثية بداخلها، ثم تُرسل إلى مختبر حيث يستخدم العلماء تقنية تسمى "الميتاجينوميات المجهرية" (shotgun metagenomics). وخلافاً للطرق القديمة التي كانت تحدد فقط مجموعات بكتيرية واسعة، تقرأ هذه التقنية الشفرة الوراثية الكاملة لكل ميكروب في العينة، مما يكشف ليس فقط عن ماهية الموجود هناك، بل عما يمكنهم القيام به.
الدراسة جارية حالياً، وقد استقطبت بالفعل ما يقرب من 500 مشارك منذ أواخر عام 2023، مع هدف بإنهاء عملية الاستقطاب بحلول عام 2029. ويتوقع الباحثون نشر نتائجهم بحلول نهاية عام 2030. ورغم أن النت Results الكاملة لا تزال في المستقبل، إلا أن تصميم الدراسة يعد بتقديم خريطة عالية الدقة للارتباط بين الغذاء وصحة الأمعاء. ومن خلال تحليل الإمكانات الجينية للميكروبيوم جنباً إلى جنب مع البيانات الغذائية الدقيقة، يهدف الفريق إلى تحديد أي عادات غذائية محددة تدعم مجتمعاً معوياً متنوعاً ووظيفياً. ويمكن لهذا العمل أن يساعد الأطباء وأخصائيي التغذية في نهاية المطاف على تجاوز النصائح العامة لتقديم توصيات مخصصة، واقتراح تغييرات غذائية محددة قد تساعد الفرد في الحفاظ على نظام بيئي معوي صحي. والهدف النهائي هو استخدام هذه المعرفة للوقاية من الأمراض قبل بدئها، وتحويل علم الميكروبيوم المعوي إلى أدوات عملية للصحة العامة.
ملخص تقني: بروتوكول دراسة GUTDIET-PT
المشكلة والخلفية يُعد الميكروبيوم المعوي محدداً حاسماً لصحة الإنسان، حيث يؤثر على التنظيم المناعي، والتوازن الأيضي، والوظائف الغذائية. وبينما يرتبط اختلال التوازن البكتيري (dysbiosis) بحالات مرضية مختلفة، بما في ذلك سرطان القولون والمستقيم (CRC)، ومرض السكري من النوع الثاني، وداء الأمعاء الالتهابي، إلا أن تحديد الميكروبيوم "الصحي" يظل أمراً صعباً بسبب التباين العالي بين الأفراد. ويُعتبر النظام الغذائي عاملاً رئيسياً قابلاً للتعديل يشكل التركيب والوظيفة الميكروبية. وقد أثبتت الأبحاث السابقة وجود روابط بين أنماط غذائية محددة — مثل حمية البحر الأبيض المتوسط (MD)، والأنظمة الغذائية القائمة على النباتات (PBD)، والنظام الغذائي الغربي (WD) — والتنوع الميكروبي. ومع ذلك، فإن العديد من الدراسات الحالية تركز على مجموعات مرضية أو تعتمد على تسلسل الحمض النووي الريبوزي (16S rRNA) الذي يوفر دقة تصنيفية ووظيفية محدودة. علاوة على ذلك، هناك ندرة في الدراسات الميتاجينومية واسعة النطاق والقائمة على السكان داخل مجتمعات حوض البحر الأبيض المتوسط، وتحديداً في البرتغال، والتي تدمج تقييمات غذائية مفصلة مع الميتاجينوميات الشاملة (shotgun metagenomics) لتوصيف الارتباطات بين النظام الغذائي والميكروبيوم لدى الأفراد الأصحاء.
المنهجية دراسة GUTDIET-PT هي بروتوكول ملاحظة متعدد المراكز وعرضي، صُمم كدراسة فرعية لمشروع GUTBIOME-PT الأكبر (NCT06741293). تهدف الدراسة إلى استقطاب 2,500 مشارك من الأصحاء الذين تتراوح أعمارهم بين 40 و74 عاماً من منطقة لشبونة الكبرى، مع اختيار أفراد لديهم نتائج سلبية لتنظير القولون لضمان الحصول على مجموعة خالية من الأمراض.
جمع البيانات: يتم جمع البيانات السوسيو-ديموغرافية، والسريرية، والأنثروبومترية، ونمط الحياة عبر منصة رقمية متوافقة مع معايير حماية البيانات العامة (GDPR). ويتم حساب مؤشر كتلة الجسم (BMI) من الوزن والطول المبلغ عنهما ذاتياً.
التقييم الغذائي: يتم تقييم المدخول الغذائي باستخدام استدعاءات غذائية لمدة 24 ساعة غير متتالية، يجريها أخصائيو تغذية إكلينيكية مؤهلون. وتوفر هذه الطريقة معلومات مفصلة عن سياق الطعام، وطريقة التحضير، والكمية.
الأنماط الغذائية: سيتم استخدام تحليل المكونات الرئيسية (PCA) لتحديد الأنماط الغذائية السائدة.
درجات الالتزام: يُقاس الالتزام بحمية البحر الأبيض المتوسط عبر درجة PREDIMED المكونة من 14 عنصرًا. ويُقيم الالتزام بالأنظمة الغذائية القائمة على النباتات باستخدام مؤشر النظام الغذائي النباتي (PDI)، ومؤشر PDI الصحي (hPDI)، ومؤشر PDI غير الصحي (uPDI).
الإمكانات الالتهابية: يتم حساب مؤشر الالتهاب الغذائي (DII) ومؤشر DII المعدل حسب الطاقة (E-DII) لقياس القدرة الالتهابية للنظام الغذائي.
تحليل الميكروبيوم: يقوم المشاركون بجمع عينات البراز ذاتياً باستخدام مجموعة أدوات تثبيت الحمض النووي (DNA). تُخزن العينات في درجة حرارة -80 مئوية وتتم معالجتها في غضون ستة أشهر.
التسلسل: يتم استخراج الحمض النووي الجينومي وإخضاعه لتسلسل الميتاجينوميات الشاملة (shotgun metagenomic sequencing) على منصة Illumina NovaSeq X Plus، مستهدفاً حداً أدنى قدره 3 ملايين قراءة لكل عينة.
المعلوماتية الحيوية: يتم تنقيح القراءات الخام (Fastp) وإزالة الحمض النووي للمضيف (bowtie2 مقابل GRCh38). يستخدم التوصيف التصنيفي نهجاً هجيناً من k-mer والخرائط ضد قواعد بيانات GTDB وUHGG. ويتم استنتاج الإمكانات الوظيفية عبر الربط بقواعد بيانات UniProt وKEGG وCAZy.
التحليل الإحصائي: سيتم تحليل الارتباطات بين الأنماط الغذائية وتكوين الميكروبيوم ووظيفته باستخدام لغتي R وPython. سيتم حساب مقاييس التنوع الألفا والبيتا (Shannon, Simpson, Bray-Curtis, UniFrac). كما سيتم إجراء تحليل الوفرة التفاضلية مع التحكم في المقارنات المتعددة (Benjamini-Hochberg)، واستخدام نماذج الانحدار متعدد المتغيرات لضبط المتغيرات المربكة (العمر، الجنس، مؤشر كتلة الجسم، النشاط البدني). وسيتم توظيف التعلم الآلي (الغابات العشوائية - Random Forests) لتحديد الأنواع الميكروبية التنبؤية.
المساهمات الرئيسية والنتائج باعتبارها ورقة بروتوكول، تحدد GUTDIET-PT الإطار العام لاستقصاء واسع النطاق بدلاً من تقديم النتائج السريرية النهائية.
حالة الاستقطاب: بدأ الاستقطاب في نوفمبر 2023. واعتباراً من سبتمبر 2026، تم تسجيل 488 مشاركاً، ومن المتوقع اكتمال الاستقطاب بحلول نوفمبر 2029.
الدقة المنهجية: تميز الدراسة نفسها بدمج الميتاجينوميات الشاملة عالية الدقة مع استدعاءات غذائية مهيكلة لعدة أيام في مجموعة برتغالية كبيرة من الأصحاء. ويسمح هذا النهج بتوصيف الميكروبيوم في غياب المرض، مما يوفر خط أساس للسمات الميكروبية "الصحية".
حجم العينة: تم حساب المستهدف البالغ 2,500 مشارك لتوفير قوة إحصائية ≥90% للكشف عن الاختلافات في مؤشر تنوع شانون (Shannon Diversity Index)، مع مراعاة نسبة انسحاب قدرها 20%.
الأهمية والادعاءات يفترض المؤلفون أن هذه الدراسة ستضع إطاراً تأسيسياً لفهم التفاعلات بين النظام الغذائي والميكروبيوم في السكان البرتغاليين. ومن خلال تجاوز العناصر الغذائية المنعزلة لتحليل الأنماط الغذائية الشاملة وقدرتها الالتهابية، تهدف الدراسة إلى:
توصيف ميكروبيوم الأمعاء لدى البالغين الأصحاء لتحديد سمات الميكروبيوم "الصحي".
تحديد أنماط غذائية محددة تعزز التنوع الميكروبي والقدرة الوظيفية.
توليد أدلة لدعم التوصيات الغذائية المخصصة واستراتيجيات الصحة العامة.
معالجة الفجوة المعرفية المتعلقة بتباين الميكروبيوم في مجتمعات حوض البحر الأبيض المتوسط، والتي لا تزال ممثلة تمثيلاً ناقصاً في الدراسات الميتاجينومية واسعة النطاق.
تؤكد الدراسة على أن نتائجها ستساهم في تطوير نهج التغذية الدقيقة واستراتيجيات الوقاية، بهدف نهائي هو تحسين صحة الأمعاء والرفاهية من خلال تدخلات غذائية قائمة على الأدلة.