طوّر باحثو جامعة واشنطن برنامجًا سهل الاستخدام لتحديد الجراثيم المقاومة للمضادات الحيوية. يسهّل البرنامج تحديد الجراثيم المميتة المقاومة للمضادات الحيوية التي تتواجد في الطبيعة. تسبب مثل هذه الجراثيم ما يزيد عن 2.8 مليون حالة ذات رئة صعبة العلاج، بالإضافة إلى العديد من العداوى الأخرى و35,000 حالة وفاة في الولايات المتحدة الأمريكية.
وثّق الباحثون من بينهم خريج الدراسات العليا في علوم الحواسيب أبو سيد شودوري وطالبة في قسم الهندسة الالكترونية وعلوم الحواسيب شيرا بروشات وطالب مدرسة الصحة العامة للحيوان في كلية بول آلن، نتيجة بحثهم في دورية Scientific Report.
تحدث مقاومة الجراثيم للمضادات الحيوية عندما تطور أو تملك الجراثيم أو العضويات الحية الأخرى جينات تشفر آليات مقاومة للمضادات الحيوية. طوّرت جراثيم العنقوديات والعقديات المسببة للعدوى أو الأمراض مثل السل وذات الرئة، سلالات مقاومة للمضادات الحيوية ما جعلها صعبة أو مستحيلة العلاج بشكل متزايد.
من المتوقع أن يسوء الوضع في العقود القادمة بتزايد العدوى وحالات الوفاة ونفقات العلاج مع تطور الجراثيم وقدرتها على مقاومة عدد من المضادات الحيوية.
يقول أبو سيد الكاتب الرئيسي لهذه الدراسة: «نحن نحتاج إلى تطوير أدوات تتوقع بشكل بسيط وفعال الجراثيم المقاومة للمضادات الحيوية التي تهدد بشكل متزايد الصحة العامة والحياة حول العالم».
ومنذ أن أصبح التسلسل الجيني واسع النطاق أسهل تطبيقًا، يبحث العلماء عن الجينات المسؤولة عن الخصائص المقاومة للمضادات الحيوية في البيئة. يهتم الباحثون ببيئة الجراثيم وكيفية انتشارها وتأثيرها على صحة الإنسان.
ورغم تمكّن الباحثين من تحديد جينات مماثلة للجينات المعروفة باسم الجينات المقاومة للمضادات الحيوية، فإنهم يجهلون في الغالب الجينات المسؤولة عن المقاومة التي تتفرّد في هيئتها من منظور تسلسل البروتين.
طوّر فريق الباحثين في جامعة واشنطن خوارزمية آلة تعليمية تستخدم سمات البروتينات المقاومة للمضادات الحيوية بدلًا من التشابه في التسلسلات الجينية بهدف تحديد الجينات المقاومة للمضادات الحيوية.
اعتمد الباحثون على نظرية الألعاب، وهي أداة مستخدمة في العديد من المجالات وبشكل خاص في المجال الاقتصادي لنمذجة التفاعلات الاستراتيجية بين اللاعبين (المتغيرات المدروسة)، والتي بدورها تساعد في تحديد الجينات المقاومة للمضادات الحيوية. باستخدام خوارزمية الآلة التعليمية ومقاربة نظرية الألعاب، بحث الفريق في تفاعلات العديد من سمات المادة الوراثية، بما فيها بنية والخصائص الفيزيوكيميائية وتركيب التسلسل البروتيني بدلًا عن البحث ببساطة في تشابه التسلسلات.
يقول أبو سيد: «يمكن توظيف هذا البرنامج لتحليل البيانات الميتاجينومية بشكل أعمق من الطرق التي تعتمد خوارزميات التوافق التسلسلي البسيطة، ما يجعلها أداةً مهمة في تحديد المورثات الجديدة المقاومة للمضادات الحيوية التي قد تصبح مع الوقت ذات أهمية سريرية».
وأضافت بروشات: «تتجلى ميزة هذا البرنامج في إمكانية تحري المورثات المقاومة للمضادات الحيوية في الجينومات ذات التسلسلات الجديدة. وبالتالي قد تكون طريقة التي لا بديل لها في تحديد تواتر هذه الجينات. إنه برنامج مهم حقًا».
درس فريق واشنطن الجينات المقاومة في سلالات المطثيات والمكورات المعوية والعنقوديات والعقديات والليسترية. تُعد هذه الجراثيم السبب وراء العديد من العداوى الكبيرة والأمراض المعدية بما فيها العدوى بالعنقوديات والتسمم الغذائي وذات الرئة والتهاب القولون المهدد للحياة إثر الإصابة بالمطثية العسيرة.
استطاع الباحثون تصنيف الجينات المقاومة بشكل دقيق بمعدّل دقة يصل إلى 90%.
قام الفريق بتطوير برنامج تطبيق عام يمكن تحميله بسهولة وتطبيقه للتحري عن الجينات المقاومة للمضادات الحيوية على جملة واسعة من المواد الوراثية.
بالإمكان أيضًا تطوير هذا البرنامج مع الوقت، وبالتالي سيستطيع الباحثون إعادة برمجة هذه الخوارزمية مع توفر المزيد من البيانات والتسلسلات الجديدة. ختمت بروشات: «يمكن برمجة وتطوير هذا البرنامج مع توفر المزيد من البيانات المفيدة».
اقرأ أيضًا:
استراتيجيات جديدة لمكافحة الجراثيم المقاومة للمضادات الحيوية
تضاعف نسبة الجراثيم المقاومة للمضادات الحيوية خلال السنوات العشرين الماضية
ترجمة: مريم عيسى
تدقيق: جعفر الجزيري
