Görürük ki, Duke Universitetinin biotibbi mühəndisləri bağırsaq sağlamlığını daha effektiv şəkildə qorumaq və müxtəlif mədə-bağırsaq xəstəliklərini müalicə etmək məqsədi ilə probiotiklərin və prebiotiklərin yeni və mürəkkəb kombinasiyalarını sistematik şəkildə inkişaf etdirmək üçün bir üsul nümayiş etdiriblər.

Məlumat boşluqlarını doldurmaq və modeli daha dəqiq etmək üçün strateji olaraq təcrübələr hazırlamaqla və minlərlə paralel sınaqları robotlaşdırılmış şəkildə avtomatlaşdırmaqla bu yanaşma bir çox mikrob növü, qida mənbələri və ətraf mühit arasında mürəkkəb qarşılıqlı təsirləri aşkar edə bilər.

Bağırsaq sağlamlığını yaxşılaşdıran probiotik və prebiotiklərin hazırlanmasındakı çətinliklərdən biri pəhriz, bağırsaq orqanizmləri, dərmanlar və digər orqanizmdən asılı amillərdəki əhəmiyyətli dəyişkənlikdir. Konsepsiya sübutu tədqiqatında tədqiqatçılar bu metoddan mövcud orqanizmlərdəki dəyişkənlikdən asılı olmayaraq, insan bağırsağının sağlamlığını və funksiyasını davamlı olaraq dəstəkləyən bakteriya və pəhriz lifinin spesifik kombinasiyalarını müəyyən etmək üçün istifadə etdilər. Bu yanaşma, müştərilər üçün ardıcıl və proqnozlaşdırıla bilən nəticələr nümayiş etdirməkdə uzun müddət mübarizə aparan sürətlə böyüyən prebiotik və probiotik sənayesi üçün bir fayda ola bilər. Duke Universitetinin biotibbi mühəndislik üzrə dosenti Ophelia Venturelli bunu belə izah etdi:

Əgər toxum götürüb qida və minerallarla zəngin olmayan torpağa əksəniz, o, çox yaxşı böyüməyə bilər. Eyni şey insanın bağırsaq mikrobiomuna mikrobların daxil olması üçün də keçərlidir. Bu tədqiqatın məqsədi insan sağlamlığını yaxşılaşdırmaq üçün həm ətraf mühiti, həm də bakteriyaları dizayn etməkdir.

Nəticələr 27 iyulda Nature Chemical Biology jurnalında onlayn olaraq dərc edilib .

İzdihamlı və dəyişkən bir ekosistem.

İnsan bağırsağı minlərlə müxtəlif növ mikroorqanizmin yaşadığı olduqca mürəkkəb bir mühitdir. İnsan bağırsağındakı mikrob hüceyrələrinin sayı təxminən insan hüceyrələrinin sayına bərabərdir və onların çəkisi təxminən 225 qrama çata bilər.

Məsələni daha da mürəkkəbləşdirən odur ki, növlərin quruluşunun və onların bir-birinə nisbətinin bölgədən bölgəyə və hətta insandan insana çox dəyişdiyini bilirik ki, bu da pəhriz, həyat tərzi və ətraf mühitə məruz qalma kimi geniş amillərdən asılıdır. İnsan bağırsaq mikrobiomundakı bakteriya qruplarının ortaq cəhətləri çox olsa da, fərqli insanlarda müxtəlif növ bakteriya olur; bu, onların funksiyasındakı pozuntuların müalicəsini daha da çətinləşdirə biləcək əhəmiyyətli dəyişkənlik yaradır.

Bundan əlavə, bilirik ki, bu pozuntular ciddi ola bilər. Bağırsaqdakı mikroblar mədənin parçalaya bilmədiyi qidaları parçalayır və eyni zamanda istənməyən patogenlərin kolonizasiyasının qarşısını alır. Bu proses mədə-bağırsaq hüceyrələrinin sağlamlığı üçün lazım olan qida maddələrini təmin edir. Bakteriyalar həmçinin immun sisteminin inkişafını, enerji balansını, kardiometabolik sağlamlığı və hətta beyin və nevroloji fəaliyyəti formalaşdıran digər molekullar da istehsal edir.

Trilyonlarla kombinasiya axtarılır

Bu problemləri həll etmək üçün sağlam mikrob icmalarının yaradılması və onların inkişaf etməsi üçün lazım olan qida maddələrinə malik olmasını təmin etmək dünya miqyasında təxminən 130 milyard dollar dəyərində böyük bir sənayeyə çevrilib. Bununla belə, ardıcıl nəticələr nümayiş etdirmək hələ də çətinlik yaradır. Venturelli mövcud vəziyyəti belə təsvir edib:

Probiotiklər insanın bağırsağını faydalı bir şey etmək üçün kifayət qədər uzun müddət kolonizasiya etməyə bilər, çünki orada artıq çoxlu canlı orqanizm var. Nəticələr hələ də əsasən gözlənilməz olduğundan, bağırsaq mikrobiomunun sağlamlığını bərpa etmək üçün bu mövcud metodların effektiv olub-olmadığı ilə bağlı xeyli qeyri-müəyyənlik mövcuddur.

Venturelli-nin yeni yanaşması bütün prosesə daha çox proqnozlaşdırma imkanı gətirməyi hədəfləyir.

Venturelli və həmkarları yeni məqalələrində təcrübələr və hesablama modelləri arasındakı boşluğu aradan qaldırmaqla bu geniş dizayn məkanını ağıllı və sistemli şəkildə araşdırmaq üçün bir metod təqdim edirlər. Laboratoriya təcrübələrində komanda 15 müxtəlif növ bağırsaq mikrobunun müxtəlif kombinasiyalarını birlikdə yaşamağa və qidalanmağa məcbur etdi. Onların menyusu bağırsaq sağlamlığı üçün vacib olan qısa zəncirli yağ turşusu olan butiratın istehsalına təsir etdiyi bilinən altı növ pəhriz lifi idi.

Cədvəldə cəmi 21 fərqli dəyişən olsa belə, mikrobların və onların qidalanmasının potensial kombinasiyalarının trilyonlarla ölçülə biləcəyini görə bilərik. Belə bir həllolunmaz problemlə qarşılaşan tədqiqatçılar maşın öyrənməsinə, kompüter modellərinə, avtomatlaşdırılmış təcrübələrə və Bayes optimallaşdırması kimi tanınan aktiv öyrənməyə müraciət ediblər.

Bayes optimallaşdırması, kompüter modelindəki boşluqları eyni vaxtda doldurmaq və müəyyən məqsədlərə çatmaq üçün təcrübələr hazırlayan bir yanaşmadır. Muxtar robot təcrübə sistemləri ilə təchiz olunmuş komanda, qarşılıqlı təsirlər və nəticələr haqqında biliklərini artırmaq üçün 390-a qədər fərqli şərti həll edərək eyni vaxtda beş yüksək məhsuldarlıqlı təcrübə qrupunu tamamlamağı bacardı. Təcrübələrdən sonra nəticələri qiymətləndirən Venturelli bildirdi:

Mikroblar və liflər arasındakı qarşılıqlı təsirlərdən qaynaqlanan bir çox gözlənilməz təsirlər aşkar etdik. Bu təsirlər çox mürəkkəbdir və təcrübələr aparılmazdan əvvəl proqnozlaşdırıla bilməzdi.

Butirat istehsal edən üçlük ortaya çıxır.

Nəticələr göstərdi ki, qida lifi inulin istənilən butiratı etibarlı şəkildə istehsal etmək üçün iki inulin axtaran mikrob növü ( Bacteroides uniformis və Anaerostipes caccae ) ilə yanaşı, üçüncü bir bakteriya növü ( Prevotella copri ) ilə qarşılıqlı təsir göstərir . Bundan əlavə, bu kombinasiya hansı digər növ və amillərin daxil edilməsindən asılı olmayaraq təsirli olaraq qaldı.

Tədqiqatçılar hazırda bu kombinasiyanın iltihabi bağırsaq xəstəliyinin siçan modelini effektiv şəkildə müalicə edib-etməyəcəyini araşdırmaq üzərində işləyirlər və ilkin nəticələr ümidverici görünür. Bu xüsusi kombinasiyadan başqa, tədqiqatçılar inanırlar ki, onların yanaşması geniş mədə-bağırsaq xəstəlikləri üçün daha çox ümidverici kombinasiyalar kəşf etmək üçün istifadə edilə bilər. Venturelli sənayedə tətbiqləri vurğulayaraq belə qənaətə gəldi:

Şirkətlər artıq bağırsaq sağlamlığı məhsullarında bakteriya və qida lifini birləşdirirlər, lakin hələ də düzgün sinerjiləri müəyyən etmək və onları düzgün problemə uyğunlaşdırmaq üçün araşdırma aparmayıblar. İnanıram ki, bu prosesdən istifadə geniş mədə-bağırsaq problemləri üçün daha spesifik və effektiv həllər yaratmağa kömək edəcək.