میکروبیوم انسان یا حیوان -؛ مجموعه ای از میکروارگانیسم های اغلب مفید، از جمله باکتری ها و قارچ ها، که روی ارگانیسم میزبان یا درون آن زندگی می کنند. می‌تواند نقش مهمی در پاسخ ایمنی کلی میزبان داشته باشد، اما مشخص نیست که چگونه واکسن‌ها علیه پاتوژن‌های مضر بر میکروبیوم تأثیر می‌گذارند. مطالعه جدیدی که توسط محققان در ایالت پن انجام شد نشان داد که واکسن جدید علیه قارچ کشنده کیترید در قورباغه ها می تواند ترکیب میکروبیوم را تغییر دهد و قورباغه ها را در برابر قرار گرفتن در معرض قارچ در آینده انعطاف پذیرتر کند. این مطالعه که در 12 ژوئن در شماره ویژه ژورنال Philosophical Transactions of the Royal Society B منتشر شد، نشان می دهد که پاسخ میکروبیوم می تواند بخش مهمی از کارایی واکسن نادیده گرفته شده باشد.
میکروارگانیسم هایی که میکروبیوم یک حیوان را تشکیل می دهند اغلب می توانند به دفاع در برابر عوامل بیماری زا کمک کنند، به عنوان مثال با تولید مواد مفید یا با رقابت با پاتوژن ها برای فضا یا مواد مغذی. اما وقتی واکسنی مانند واکسن کووید، واکسن آنفولانزا، یا واکسن ضعیف شده زنده مانند واکسن تب زرد دریافت می کنید، چه اتفاقی برای میکروبیوم شما می افتد؟ در این مطالعه، ما از قورباغه ها به عنوان یک سیستم مدل برای شروع کاوش این سوال استفاده کردیم.”
گی بکر، دانشیار زیست شناسی در ایالت پن و رهبر تیم تحقیقاتی
قورباغه ها و سایر دوزیستان توسط قارچ کیترید تهدید می شوند که منجر به انقراض برخی گونه ها و کاهش شدید جمعیت در صدها گونه دیگر در چندین قاره شده است. در گونه های حساس، قارچ باعث یک بیماری پوستی گاهی کشنده می شود.
بکر، که همچنین یکی از اعضای مرکز میکروبیوم One Health است، گفت: «Chytrid یکی از بدترین، اگر نگوییم بدترین، پاتوژن برای حفاظت از حیات وحش در تاریخ اخیر است، و نیاز اساسی به توسعه ابزارهایی برای کنترل گسترش آن وجود دارد. و مرکز دینامیک بیماری های عفونی در ایالت پن. ما دریافتیم که در برخی موارد، واکسن‌ها می‌توانند یک تغییر محافظتی در میکروبیوم ایجاد کنند، که نشان می‌دهد می‌توان از دستکاری دقیق میکروبیوم به عنوان بخشی از یک استراتژی گسترده‌تر برای کمک به دوزیستان و شاید دیگر مهره‌داران برای مقابله با پاتوژن‌های نوظهور استفاده کرد.»
محققان یک واکسن، در این مورد یک دوز غیر کشنده از یک محصول متابولیک ایجاد شده توسط قارچ کیترید را روی قورباغه ها اعمال کردند. پس از پنج هفته، آنها مشاهده کردند که چگونه ترکیب میکروبیوم تغییر کرده است و گونه های جداگانه باکتری ها و نسبت نسبی آنها را شناسایی کردند. محققان همچنین هر گونه از باکتری ها را در آزمایشگاه کشت دادند و آزمایش کردند که آیا محصولات خاص باکتری باعث تسهیل، مهار یا بی تاثیری بر رشد کیترید می شوند یا خیر، نتایج را به یک پایگاه داده بزرگ از این اطلاعات و مقایسه آنها با آنها اضافه کردند.
سامانتا سیومکو، دانشجوی کارشناسی ارشد در آزمایشگاه بکر در دانشگاه، گفت: “افزایش غلظت و مدت زمان قرار گرفتن در معرض پروفیلاکسی محصول کیترید، ترکیب میکروبیوم را به طور قابل توجهی تغییر داد به طوری که نسبت بیشتری از باکتری های تولید کننده مواد ضد کیترید وجود داشت.” آلاباما در زمان تحقیق و اولین نویسنده مقاله. این تغییر محافظتی نشان می‌دهد که اگر حیوانی دوباره در معرض همان قارچ قرار گیرد، میکروبیوم آن توانایی بهتری برای مبارزه با عامل بیماری‌زا خواهد داشت.
تلاش‌های قبلی برای ایجاد تغییر محافظتی در میکروبیوم به افزودن یک یا چند گونه از باکتری‌ها متکی بود که متابولیت‌های ضد قارچی قوی، یعنی پروبیوتیک‌ها را می‌سازند. با این حال، به گفته محققان، این باکتری باید با سایر گونه‌های موجود در میکروبیوم رقابت کند و همیشه در تثبیت خود به عنوان عضو دائمی میکروبیوم موفق نیست.
بکر گفت: “این قورباغه ها صدها گونه باکتری روی پوست خود دارند که از محیط خود می گیرند و ترکیب آنها به طور منظم از جمله با فصل تغییر می کند.” “تلاش برای دستکاری جامعه، به عنوان مثال با افزودن یک پروبیوتیک باکتریایی، چالش برانگیز است، زیرا پویایی در جامعه بسیار پیچیده و غیرقابل پیش بینی است. نتایج ما امیدوارکننده است زیرا ما اساسا کل جامعه باکتریایی را در جهتی دستکاری کرده ایم که موثرتر باشد. در برابر مبارزه با پاتوژن قارچی بدون افزودن موجود زنده ای که برای بقای منابع نیاز به رقابت دارد.”
قابل توجه، تعداد کلی گونه ها -; تنوع -؛ در میکروبیوم تحت تاثیر قرار نگرفت، تنها ترکیب و نسبت نسبی گونه ها بود. محققان بر این باورند که این مثبت است، زیرا کاهش تنوع میکروبیوم قورباغه اغلب می‌تواند منجر به بیماری یا مرگ شود، و به طور کلی پذیرفته شده است که حفظ یک میکروبیوم متنوع به جامعه باکتری‌ها و گونه‌های میکروبی اجازه می‌دهد تا به تهدیدها به صورت پویاتر و با همراهی پاسخ دهند. افزونگی عملکردی بالاتر
محققان پیشنهاد می‌کنند که این تغییر تطبیقی در ترکیب میکروبیوم، که آن را «حافظه میکروبیوم» می‌نامند، می‌تواند نقش مهمی در کارایی واکسن داشته باشد. علاوه بر درک مکانیسم‌های پشت این تغییر، تیم تحقیقاتی امیدوار است در آینده ایده حافظه میکروبیوم را در قورباغه‌های بالغ و همچنین دیگر گونه‌های مهره‌دار مطالعه کند.
بکر گفت: «تیم مشترک ما یک تکنیک پیشگیری را اجرا کرد که بر محصول متابولیک مشتق شده از قارچ کیترید متکی بود. این امکان وجود دارد که واکسن‌های مبتنی بر mRNA یا سلول‌های زنده – مانند واکسن‌هایی که اغلب برای محافظت در برابر عفونت‌های باکتریایی یا ویروسی استفاده می‌شوند – ممکن است به طور متفاوتی بر میکروبیوم تأثیر بگذارند، و ما برای کشف این احتمال هیجان‌زده هستیم.
علاوه بر بکر و سیومکو، تیم تحقیقاتی شامل تیگان مک ماهون -; که روش پروفیلاکسی را در دانشگاه کانکتیکات توسعه داد. ساشا گرینسپن، وسلی نیلی و استانیسلاوا چتربانووا در دانشگاه آلاباما. داگلاس وودهامز در دانشگاه ماساچوست؛ و KM Barnett در دانشگاه اموری. این کار توسط بنیاد ملی علوم، مؤسسه ملی بهداشت، دانشگاه آلاباما و دانشگاه تامپا حمایت شده است.