Dietary fiber selectively regulates intestinal persistence of probiotic bifidobacteria

تعد الأمعة البشرية نظامًا بيئيًا صاخبًا، موطنًا لتريليونات من السكان المجهريين الذين يساعدوننا في هضم الطعام، وتدريب أجهزتنا المناعية، وحمايتنا من الأمراض. ومن بين هؤلاء السكان، تلعب مجموعة من البكتيريا تسمى "البيفيدوباكتيريا" (bifidobacteria) دورًا حيويًا بشكل خاص. ففي الرضع الذين يرضعون طبيعيًا، غالبًا ما تهيمن هذه الميكروبات على الأمعاء، حيث تزدهر بفضل السكريات الخاصة الموجودة في حليب الأم. وهي تعمل كحراس، مما يساعد في الحفاظ على قوة بطانة الأمعاء ومنع الالتهاب الضار. ومع ذلك، يحدث تحول كبير عندما يُفطم الطفل ويبدأ في تناول الأطعمة الصلبة. وبينما يحتفظ بعض الناس بمستويات عالية من هذه البكتيريا النافعة طوال حياتهم، يفقدها آخرون تمامًا تقريبًا. وقد تساءل العلماء لفترة طويلة عن سبب حدوث ذلك، وما إذا كان هناك شيء ما في نظامنا الغذائي يمكن أن يساعد هذه الميكروبات المفيدة على البقاء خلال مرحلة الانتقال من الطفولة إلى البلوغ.

كشفت دراسة جديدة قادها باحثون من مدرسة روتجرزس الطبية بجامعة نيوجيرسي ومؤسسات أخرى عن عامل غذائي محدد يحدد ما إذا كانت هذه البكتيريا ستبقى أو ترحل. فقد اكتشف الفريق أن أليافًا شائعة توجد في البقوليات والخضروات والحبوب الكاملة، تُعرف باسم "الرافينوز" (raffinose)، تعمل كشريان حياة حاسم للبيفيدوباكتيريا. وعندما اختبر الباحثون هذا في الفئران، وجدوا أن الانتقال من نظام غذائي قياسي إلى نظام غذائي مبسط فقير بالألياف تسبب في اختفاء البكتيريا بسرعة. ومع ذلك، فإن إضافة الرافينوز إلى الماء سمح للبكتيريا ليس فقط بالبقاء، بل بالازدهار أيضًا، حتى في وجود ميكروبات منافسة أخرى. ويشير هذا إلى أن القدرة على تناول هذا النوع المحدد من الألياف هي المفتاح للحفاظ على هذه البكتيريا النافعة في الأمعاء لفترة طويلة بعد الفطام.

لفهم كيفية سلوك هذه البكتيريا، استخدم العلماء إعدادًا تجريبيًا محكمًا للغاية. بدأوا بفئران لا تمتلك أي بكتيريا أمعاء خاصة بها، وهي حالة تُعرف بأنها "خالية من الجراثيم". ثم أدخلوا نوعًا واحدًا من البيفيدوباكتيريا، وهو Bifidobacterium breve، في هذه الفئران لمعرفة مدى قدرتها على الصمود. في البداية، ازدهرت البكتيريا في نظام غذائي مخبري قياسي. ولكن عندما نقل الباحثون الفئران إلى نظام غذائي محدد كيميائيًا يفتقر إلى الألياف المعقدة الموجودة في الطعام العادي، انهارت مجموعة البكتيريا. لم تختفِ البكتيريا بسبب نقص الحديد أو بسبب جهاز المناعة لدى الفأر؛ بل ببساطة لأنها نفدت من الغذاء المحدد الذي تحتاجه للبقاء على قيد الحياة.

ثم وجه الباحثون اهتمامهم إلى التعليمات الجينية لهذه البكتيريا. ومن خلال تحليل الجينات النشطة في البكتيريا قبل وبعد تغيير النظام الغذائي، رأوا نمطًا واضحًا. بدأت البكتيريا تظهر علامات الإجهاد، حيث قامت بتفعيل الجينات التي تساعدها على البقاء في ظروف الشدة بينما أوقفت الجينات المستخدمة للنمو والأكل. وهذا يشير إلى أن البكتيريا كانت تتضور جوعًا. وافترض الفريق أنه إذا تمكنوا من توفير الغذاء المحدد الذي تفتقده البكتيريا، فإن الإجهاد سيتوقف وسيتعافى عددها. واختبروا عدة أنواع من الألياف، بما في ذلك "الإينولين" و"البكتين"، لكنها لم تساعد. ومع ذلك، عندما أضافوا الرافينوز إلى ماء الشرب، استعادت البكتيريا عافيتها على الفور. وعادت أعدادها إلى مستويات عالية، واختفت إشارات الإجهاد من جيناتها.

لم يقتأ هذا التأثير على نوع واحد فقط من البكتيريا. فقد اختبر الباحثون عدة أنواع أخرى من البيفيدوباكتيريا التي توجد عادة في البشر. ووجدوا أن معظمها، بما في ذلك Bifidobacterium longum و Bifidobacterium animalis، يمكن أيضًا إنقاذها بواسطة الرافينوز. ومع ذلك، فإن نوعين، وهما Bifidobacterium bifidum و Bifidobacterium adolescentis، لم يستجيبا بشكل جيد. ومن خلال النظر بدقة في الاختلافات الجينية بين هذه المجموعات، وجد العلماء أن البكتيريا التي لم تستطع استخدام الرافينوز كانت تفتقر إلى بروتينات معينة أو تمتلك نسخًا معطلة منها، وهي البروتينات اللازمة لالتقاط ومعالجة تلك الألياف. كان الأمر كما لو أن البكتيريا التي نجت كانت تمتلك المفاتيح الصحيحة لفتح باب مصدر الغذاء هذا، بينما لم تكن لدى الأخريات تلك المفاتيح.

جاء الاختبار الحقيقي عندما أدخل الباحثون بيئة أكثر تعقيدًا. ففي أمعاء الإنسان، لا تعيش البيفيدوباكتيريا بمفردها؛ بل تتنافس مع مئات الأنواع الأخرى من البكتيريا. أنشأ الفريق مجتمعًا مبسطًا من خمس أنواع مختلفة من بكتيريا الأمعاء وأضاف إليها البيفيدوباكتيريا. وحتى في هذه البيئة المزدحمة، تسبب تغيير النظام الغذائي في تراجع البيفيدوباكتيريا. ولكن مرة أخرى، سمحت إضافة الرافينوز إلى الماء للبيفيدوباكتيريا بالحفاظ على مكانتها والبقاء وفيرة، بينما لم تتأثر البكتيريا الأخرى في المجتمع. وقد أظهر هذا أن الألياف وفرت ميزة تنافسية فريدة، مما سمح للبيفيدوباكتيريا بالتفوق على جيرانها في الحصول على الموارد.

ولرؤية ما إذا كانت هذه النتائج تهم الصحة في العالم الحقيقي، قام الباحثون بمحاكاة عملية الفطام والنمو. فقد أخذوا فئرانًا تم تربيتها مع أنواع قليلة فقط من البكتيريا، ثم أدخلوا إليها مجتمعًا معقدًا وكاملًا من بكتيريا الأمعاء من فأر تقليدي، محاكيين بذلك التنوع الذي يكتسبه الطفل البشري مع نموه. في هذه الفئران، عادة ما تختفي البيفيدوباكتيريا في غضون أسبوع أو أسبوعين بعد تغير النظام الغذائي. ولكن في الفئران التي تشرب الماء المحتوي على الرافينوز، استمرت البكتيريا. ثم وضع الباحثون هذه الفئران تحت الاختبار في نموذجين مختلفين للمرض. في أحدهما، أصيبت الفئران بفيروس الإنفلونزا؛ وفي الآخر، أُعطيت مادة تسبب التهابًا شديدًا في القولون. وفي كلتا الحالتين، كانت الفئران التي حافظت على البيفيدوباكتيريا الخاصة بها من خلال المكملات الغذائية من الرافينوز في حال أفضل بكثير. فقد فقدت وزنًا أقل، وكان لديها التهاب أقل في الرئتين والأمعاء، وأظهرت علامات أفضل للتعافي مقارنة بالفئران التي فقدت بكتيرياها.

كما بحثت الدراسة في الآلية الجينية داخل البكتيريا لفهم كيفية استخدامها للألياف بدقة. فقد صنعوا نسخًا طافرة من البكتيريا تفتقر إلى جينات معينة مسؤولة عن أكل الرافينوز. وعندما وُضعت هذه الطفرات في بيئة الأمعاء المعقدة، لم تتمكن من البقاء على قيد الحياة حتى مع توفر الرافينوز. وقد أكد هذا أن البكتيريا تحتاج إلى مجموعة محددة من الأدوات الجينية لمعالجة الرافينوز، وأن امتلاك هذه الأدوات أمر ضروري للبقاء على قيد الحياة في أمعاء مزدحمة.

تشير النتائج إلى أن الوجود طويل الأمد لهذه البكتيريا النافعة ليس مجرد مسألة تعرض في مرحلة الطفولة المبكرة، بل يتم الحفاظ عليه بنشاط من خلال ما نأكله. وبينما يوفر حليب الأم الدفعة الأولية، فإن الألياف الموجودة في الأطعمة اليومية مثل الفاصوليا والحبوب الكاملة قد تكون ضرورية لإبقاء هذه الميكروبات حية مع تقدمنا في العمر. ويقترح الباحثون أن إرشادات غذائية محددة، ربما تبدأ في وقت الفطام، يمكن أن تساعد في ضمان احتفاظ المزيد من الناس بهذه البكتيريا الواقية طوال حياتهم. وهذا يمكن أن يقلل من خطر الإصابة بالأمراض الالتهابية ويحسن القدرة العامة على الصمود. وتسلط الدراسة الضوء على رابط مباشر بين مكون غذائي بسيط والصحة طويلة الأمد لنظامنا البيئي الداخلي، مما يقدم مسارًا محتملاً نحو صحة أفضل من خلال الطعام الذي نختاره لتناوله.