تأثیر باکتری‌های روده بر گلیکوزیلاسیون مغز

محققان با استفاده از روش جدید DQGlyco کشف کرده‌اند که باکتری‌های روده می‌توانند بر فرایند گلیکوزیلاسیون پروتئین‌ها در مغز تأثیر بگذارند.

به گزارش تک‌ناک، روده ما میزبان میلیاردها باکتری است، که نقش مهمی در سلامت و بیماری‌ها ایفا می‌کنند. یک مطالعه جدید توسط محققان مؤسسه EMBL هایدلبرگ نشان داده است که این باکتری‌ها می‌توانند تغییرات مولکولی قابل توجهی در مغز ایجاد کنند.

این تحقیق که در مجله Nature Structural & Molecular Biology منتشر شده، اولین مطالعه‌ای است که نشان می‌دهد باکتری‌های روده بر فرایند گلیکوزیلاسیون پروتئین‌ها در مغز تأثیر می‌گذارند. گلیکوزیلاسیون فرایندی است که طی آن کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها را تغییر می‌دهند.

روش جدید برای بررسی گلیکوزیلاسیون

پروتئین‌ها اصلی‌ترین اجزای سازنده سلول‌ها هستند، در حالی که قندها یا کربوهیدرات‌ها یکی از منابع اصلی انرژی بدن به حساب می‌آیند. سلول‌ها از قندها برای تغییر شیمیایی پروتئین‌ها و تنظیم عملکرد آنها استفاده می‌کنند. این فرایند گلیکوزیلاسیون نامیده می‌شود و می‌تواند بر چسبندگی، تحرک و ارتباطات سلولی تأثیر بگذارد. همچنین گلیکوزیلاسیون در بروز بیماری‌هایی مانند: سرطان و اختلالات عصبی نقش دارد.

با وجود این، مطالعه فرایند گلیکوزیلاسیون تاکنون به طور سنتی بسیار دشوار بوده است، چرا که تنها بخش کوچکی از پروتئین‌ها در سلول گلیکوزیله می‌شوند و جمع‌آوری آنها برای مطالعه، فرایندی وقت‌گیر و پرهزینه است.

محققان به همین منظور، با استفاده از روش جدید DQGlyco، که از مواد آزمایشگاهی ارزان و در دسترس استفاده می‌کند، توانسته‌اند پروتئین‌های گلیکوزیله‌شده را غنی‌سازی و آنها را شناسایی و اندازه‌گیری کنند.

این روش در نمونه‌های بافت مغز موش‌ها بیش از ۱۵۰,۰۰۰ نوع پروتئین گلیکوزیله (پروتئوفورم) را شناسایی کرد، که ۲۵ برابر بیشتر از مطالعات قبلی است.

از باکتری‌های روده تا گلیکوزیلاسیون مغز

محققان با توجه به دقت و قدرت روش DQGlyco، تصمیم گرفتند به یک سؤال مهم بیولوژیکی پاسخ دهند، که آیا میکروبیوم روده می‌تواند بر الگوهای گلیکوزیلاسیون در مغز تأثیر بگذارد؟

آنها در همکاری با گروه مایکل زیمرمن از مؤسسه EMBL، موش‌های بدون باکتری (موش‌های استریل) را با موش‌های دارای میکروبیوم طبیعی مقایسه کردند.

نتایج نشان داد که الگوهای گلیکوزیلاسیون در مغز این دو گروه موش متفاوت است. این تغییرات به‌ویژه در پروتئین‌هایی مشهود بود که در عملکردهای عصبی مانند: پردازش مغزی و رشد آکسون‌ها نقش دارند.

پیش‌بینی گلیکوزیلاسیون در گونه‌های مختلف

همچنین محققان از داده‌های به‌دست‌آمده برای پیش‌بینی مناطقی استفاده کردند که گلیکوزیلاسیون در گونه‌های مختلف رخ می‌دهد. آنها از مدل‌های یادگیری ماشینی مانند AlphaFold بهره بردند، که یک ابزار مبتنی بر هوش مصنوعی برای پیش‌بینی ساختار پروتئین‌ها است.

این تحقیق به دانشمندان امکان می‌دهد تفاوت‌های گلیکوزیلاسیون را در بین نمونه‌های مختلف مقایسه کنند و از این داده‌ها برای شناسایی مناطقی استفاده نمایند که گلیکوزیلاسیون در سایر موجودات نیز رخ می‌دهد.

محققان گفتند: «این مطالعه نه‌تنها درک ما از تأثیر میکروبیوم روده بر مغز را افزایش می‌دهد، بلکه روش جدید DQGlyco را به عنوان ابزاری قدرتمند برای تحقیقات آینده در زمینه گلیکوزیلاسیون و بیماری‌های مرتبط معرفی می‌کند. این کشف می‌تواند راه را برای توسعه درمان‌های جدید برای اختلالات عصبی و سایر بیماری‌ها هموار کند.»