«الشهوات الغذائية»... كيف تتولد؟

ميكروبات الأمعاء تتلاعب بخيارات الإنسان من الأطعمة

«الشهوات الغذائية»... كيف تتولد؟
TT

«الشهوات الغذائية»... كيف تتولد؟

«الشهوات الغذائية»... كيف تتولد؟

تفرض تريليونات الميكروبات التي تعيش في أمعائنا حاجاتها الغذائية بطرائق كثيرة.
أحاسيس الجوع والشبع

لا تسألوا كيف يؤثّر نظامكم الغذائي على ميكروبيوم (الوسط الميكروبي) الأمعاء لديكم؛ بل كيف يؤثر الميكروبيوم على نظامكم الغذائي. ترجّح مجموعة كبيرة من الدراسات أنّ الميكروبات الموجودة في الأمعاء لا تنظّم شهيّة الإنسان فحسب؛ بل تتلاعب بخياراته الغذائية أيضاً؛ لأنّ هذا التلاعب هو ببساطة طريقتها لضمان تلبية حاجاتها الخاصة.
الجوع محرّكٌ قوي جداً يتغذّى من مسارات بيولوجية كثيرة بمنطقة «تحت المهاد» في الدماغ hypothalamus (التي تحتوي أيضاً على مراكز التحكم في الجوع والعطش). ويعتمد الوجود البشري في النهاية على عاملٍ أساسي يتلخّص في الحصول على القدر الكافي من الطاقة والأغذية.
تولّد الهرمونات التي ينتجها الدماغ أحاسيس الجوع وتنشّط استهلاك الطعام، بينما تعمل هرمونات أخرى تنتُجها الأمعاء على حثّنا لتناول الطعام. تنشّط خلطة غنيّة أخرى من الهرمونات –بعضها يُنتج في الدماغ، وبعضها تنتجها خلايا الدهون (حيث تُخزّن الطاقة الإضافية)، والجزء الأكبر منها يُنتج في الأمعاء والأعضاء المرتبطة بها– أحاسيس الشبع وتكبح التغذية. وتؤكّد آليات الإشارة المتنوّعة أنّ الجوع يعبّر عن نفسه بعدّة أشكال من الانزعاج -أبرزها صرير المعدة، والمزاج المعكّر، والدوار- تدفعنا جميعها لتناول الطعام.
وتوجد أيضاً حوافز كثيرة لتناول الطعام (أو عدم تناوله) والتي تتجاوز الجوع الفسيولوجي وتؤثّر على الشهية، مثل منظر البيتزا الساخنة، ورائحة الخبز الطازج، والتوتّر الناتج عن مهلة مهمّة، والملل.

الوسط الميكروبي المعوي
إضافة إلى جميع هذه الإشارات التي توجّه ماذا ومتى تضعون في فمكم، أضيفوا واحداً آخر: النشاط اليومي لتريليونات البكتيريا التي تستوطن المجرى الهضمي، والتي تُعرف مجتمعة باسم الميكروبيوم المعوي. تفوق جينات هذه الميكروبات الجينات البشرية عدداً بمعدّل 100 جين لكلّ جين بشري، ما يمنحها القوّة لتغيير سلوكنا الغذائي بما يصبّ في مصلحتها. فقد أظهرت إحدى الدراسات مثلاً أنّ الفئران الخالية من الجراثيم التي استوطنها ميكروبيوم قوارض بريّة تتّبع استراتيجيات تغذية طبيعية مختلفة كليّاً –بعضها نباتي وبعضها لا– تبنّت أنماط الاستهلاك الغذائي التي تتبعها القوارض صاحبة الميكروبيوم الدخيل.
عبر أفعالها المباشرة، ومنتجاتها الأيضية (نواتج التمثيل الغذائي)، والرسائل التي ترسلها عبر العصب المبهم من الأمعاء إلى الدماغ، وحتّى عبر منافستها الدارونية للسيطرة، تهندس ميكروبات الأمعاء بشكلٍ مباشر أو غير مباشر، ما تأكلونه، ويُعتقد أيضاً أنّها تلقّن جسدكم شهواته الغذائية لتناول: صدر دجاج غني بالبروتين، أو شطيرة برغر دسمة بالجبن.
محاكاة هرمونية

تولّد بكتيريا الأمعاء الشهوات الغذائية، من خلال التلاعب بمتلقّيات التذوّق لديكم، فتغيّر الإحساس بالأغذية وتذوّقها. على سبيل المثال، تستطيع البكتيريا تخفيف الحساسية للنكهات الحلوة والدهنية، لتدفع بذلك الحاجة لزيادة كثافة هذه المحفّزات. وتساهم الأمعاء الغنية بالبكتيريا العصية اللبنية Lactobacilli، الضرورية لمراقبة البكتيريا المسببة للأمراض، في تراجع الحساسية للطعم الحامض، وتستطيع بكتيريا الأمعاء أيضاً زيادة الحساسية تجاه الطعم المرّ؛ الأمر الذي قد يفسّر عدم تقبّل النّاس لطعم البروكلي.
تعدّل مكوّنات البكتيريا، أو منتجاتها الثانوية الأيضية، عبر مسارات الإشارات الحسيّة الكيميائية، تعبير خلايا متلقّيات الطعم في الأمعاء والفم، ولو أنّ الوسائل التي تستخدمها لهذه الغاية ليست واضحة بعد. ومع ذلك، يمكن للتغييرات التي تطرأ على البيئة الميكروبية في الأمعاء أن توجه خيار الطعام، من خلال التأثير بشكلٍ كبير على تلقّي الطعم؛ الدافع الأبرز خلف تناوله.
تؤثر بكتيريا الأمعاء أيضاً على خيارات الطعام، من خلال السيطرة على الدوائر العصبية الكيميائية في منطقة تحت المهاد. تنتج الميكروبات بروتينات تتشاطر التسلسلات الجزيئية مع بعض هرمونات الجوع والشبع، وتستطيع التنكّر لتشبه هرمونات مشابهة، لتتدخّل في تنظيم الشهية الطبيعية. وتستطيع أيضاً أن تلتحم مع مستقبلات هرمونات وتمدّد فعاليتها، أو تلعب دور العدو، وتعترضها. ووجد الباحثون أيضاً أنّ ميكروبات الأمعاء تستطيع تخفيف حساسية الدماغ للِّبتين، وهو هرمون أساسي مسؤول عن تثبيط الجوع تفرزه دهون الجسم.
ولكنّ التنكّر ليس لعبة ميكروبات الأمعاء الوحيدة، إذ تلعب مكوّنات ومستقلبات ميكروبية متنوّعة دور جزيئات ترسل إشارات مرتبطة بالشهية. تتخلّص البكتيريا في حياتها وغذائها وموتها، من المكوّنات الخلوية (كعديد السكاريد الشحمي lipopolysaccharides مثلاً) الذي ينشّط إنتاج هرمون الشبع المعروف باسم كوليسيستوكينين الذي تولده وتفرزه خلايا تحيط ببطانة الأمعاء الدقيقة. يثبط الكوليسيستوكينين استهلاك الطعام من خلال التفاعل مع اللّبتين، ومن خلال الوصول مباشرة إلى الدماغ وحثّ الوطاء على إحباط الشهية.
التنوّع الدفاعي

تُعدّ الأحماض الدهنية القصيرة السلسلة مساراً مختلفاً للتأثير. تؤدّي هذه المواد الحيوية وظائف مهمّة كثيرة، وتُنتَج في القناة الهضمية بفعل نشاط أنواع عدّة من البكتيريا المعوية (البيفيدوبكتيريا، واللاكتوباسلاي، وروزيبوريا) على الأطعمة الغنية بالألياف التي يصعب هضمها بطريقة أخرى.
تحافظ هذه الأحماض على سلامة جدار الأمعاء، وتنظّم حمضيّة الأمعاء للوقاية من فرط نموّ أنواع البكتيريا المرضية، وتنشّط المناعة، وتحسّن الصحّة النفسية من خلال تنشيط اللدونة العصبية في الدماغ، وتلعب دوراً مهماً في السيطرة على الشهية. تثبط الأحماض الدهنية القصيرة السلسلة من نوع «أسيتات» مثلاً مواد كيميائية عصبية في منطقة تحت المهاد، قد تعزز الشهية وتضعف الاستقلاب، بينما تؤدّي الأحماض الدهنية القصيرة السلسة من نوع «بوتانويك» عملاً رائعاً في تنظيم الشهية؛ لأنّها تؤثّر على استقلاب الدهون بأشكال عدّة تكبح استهلاك الطعام، وتطول نشاط عدّة هرمونات مرتبطة بالجوع.
ولكنّ نوع بكتيريا «روزيبوريا» التي تنتج «البوتانويك»، والبكتيريا الأخرى التي تنتج الأحماض الدهنية القصيرة السلسلة، لا تستطيع القيام بأدوارها المهمّة من دون تناول أطعمة غنية بالألياف. بدورها، تملك تريليونات البكتيريا الأخرى أطعمتها المفضّلة أيضاً، فالخميرة مثلاً تطلب السكريات، بينما تفضّل البريفوتيلّا النشويات. ولهذا السبب، يؤدّي غياب الأغذية الأساسية إلى تغيير توازن الميكروبات في الأمعاء، وتفاوت الطلب على الأغذية من قبل الأنواع الصامدة.
إضافة إلى ذلك، تعزّز الأحماض الدهنية القصيرة السلسلة التنوّع الميكروبي، من خلال تغذية كثير من أنواع البكتيريا الأخرى بشكلٍ أساسي؛ حيث اتّضح أنّ الحفاظ على التنوّع الميكروبي هو الطريقة الأمثل لإبقاء الشهية تحت السيطرة. يتّسم التنوّع المتناقص بالبروز المتزايد لأنواع على حساب أخرى، ولهذا السبب تسهّل المنافسة المقيّدة على البكتيريا فرض وجباتها المفضّلة.
بشكلٍ عام، يرتبط تراجع التنوّع في ميكروبات الأمعاء بالجوع، بينما يرتبط اكتمال الأنواع البكتيرية بالشبع. إذ تشير دراسات أجريت على الحيوانات إلى أنّ غنى الأمعاء بالميكروبات يعزّز إشارات اللبتين للشبع، ويقي من الإفراط في تناول الطعام. يعتقد المختصون اليوم أنّ جراحات علاج البدانة التي تُعرف أيضاً بجراحة المجازة المعديّة، المصممة لمساعدة الأشخاص المفرطي السمنة على التخلّص من الوزن، لا تنجح لأنّها تحدّ من كميّة الطعام التي يستهلكها النّاس؛ بل لأنّها تغيّر تركيبة الميكروبيوم إلى الأفضل.
وأخيراً فإن خيارات تأسيس ميكروبيوم صحي تشمل جراحة المجازة المعديّة، وهي وسيلة قاسية لتأسيس ميكروبيوم صحيح. وتوجد طبعاً وسائل أخرى غير جراحية لتحقيق الهدف نفسه، أكثرها وضوحاً ومباشرة هو اعتماد نظام غذائي متنوّع غني بالفواكه والخضراوات، أي الأطعمة التي تغذّي كثيراً من البكتيريا المفيدة. ويمكنكم تأسيس هذا الميكروب بطريقة أخرى أيضاً، وهي تناول مكمّلات غذائية من البروبيوتيك المعزّز بالألياف والمدعّم بالبكتيريا الصحيحة.
* «سايكولوجي توداي»
- خدمات «تريبيون ميديا»


مقالات ذات صلة

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

علوم النموذج تم تطويره باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

أنتجت مجموعة من العلماء هيكلاً يشبه إلى حد كبير الجنين البشري، وذلك في المختبر، دون استخدام حيوانات منوية أو بويضات.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم الهياكل الشبيهة بالأجنة البشرية تم إنشاؤها في المختبر باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء يطورون «نماذج أجنة بشرية» في المختبر

قال فريق من الباحثين في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة إنهم ابتكروا أول هياكل صناعية في العالم شبيهة بالأجنة البشرية باستخدام الخلايا الجذعية.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

تمكنت مجموعة من العلماء من جمع وتحليل الحمض النووي البشري من الهواء في غرفة مزدحمة ومن آثار الأقدام على رمال الشواطئ ومياه المحيطات والأنهار.

«الشرق الأوسط» (نيويورك)
علوم صورة لنموذج يمثل إنسان «نياندرتال» معروضاً في «المتحف الوطني لعصور ما قبل التاريخ» بفرنسا (أ.ف.ب)

دراسة: شكل أنف البشر حالياً تأثر بجينات إنسان «نياندرتال»

أظهرت دراسة جديدة أن شكل أنف الإنسان الحديث قد يكون تأثر جزئياً بالجينات الموروثة من إنسان «نياندرتال».

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

توصلت دراسة جديدة إلى نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات على كوكب الأرض مشيرة إلى أن نظرية «تبلور العقيق المعدني» الشهيرة تعتبر تفسيراً بعيد الاحتمال للغاية.

«الشرق الأوسط» (لندن)

ذكاء اصطناعي «شديد الحساسية للرائحة» يكتشف المصنوعات المقلَّدة

ذكاء اصطناعي «شديد الحساسية للرائحة» يكتشف المصنوعات المقلَّدة
TT

ذكاء اصطناعي «شديد الحساسية للرائحة» يكتشف المصنوعات المقلَّدة

ذكاء اصطناعي «شديد الحساسية للرائحة» يكتشف المصنوعات المقلَّدة

ابتكر أليكس ويلشكو، مؤسس شركة الذكاء الاصطناعي «أوسمو»، وفريقه نسخة «ألفا» من جهاز خيالي بحجم حقيبة الظهر مزودة بمستشعر شمّ يستخدم الذكاء الاصطناعي لتحديد المنتجات المقلدة من خلال تحليل تركيبها الكيميائي.

وأقامت شركة «أوسمو» (Osmo) شراكة مع منصات إعادة بيع الأحذية الرياضية لإظهار أن اختبار الشم عالي التقنية قادر على تحديد المنتجات المزيفة بدرجة عالية من الدقة.

الجزيئات المتطايرة تحدد الرائحة

كل شيء في العالم له رائحة، من الملابس إلى السيارات إلى جسمك. هذه الروائح هي جزيئات متطايرة، أو كيمياء «تطير» من تلك الأشياء وتصل إلى أنوفنا لتخبرنا بالأشياء. ويختبر الإنسان ذلك بوعي ووضوح عندما يكون هناك شيء جديد قرب أنفه، مثل شم سيارة جديدة أو زوج من الأحذية الرياضية. لكن حتى عندما لا تلاحظ الروائح، فإن الجزيئات موجودة دائماً.

رائحة المنتجات المقلَّدة

الأحذية المقلدة لها رائحة مختلفة عن الأحذية الحقيقية. إذ لا تختلف الأحذية الرياضية الأصلية والمقلدة في المواد، فحسب، لكن في التركيب الكيميائي. حتى الآن، اعتمدت شركات مثل «استوكس» (StockX) على اختبارات الشم البشري والفحص البصري لتمييز الأصالة - وهي عملية تتطلب عمالة مكثفة ومكلفة. وتهدف التقنية الجديدة إلى تبسيط العملية.

خريطة تحليل الفوارق اللونية

تدريب الذكاء الاصطناعي على الاختلافات الجزيئية

ووفقاً لويلشكو، درَّب فريقه «الذكاء الاصطناعي باستخدام أجهزة استشعار شديدة الحساسية للتمييز بين هذه الاختلافات الجزيئية».

وستغير هذه التكنولوجيا كيفية إجراء عمليات التحقق من الأصالة في الصناعات التي تعتمد تقليدياً على التفتيش اليدوي والحدس. وتهدف إلى رقمنة هذه العملية، وإضافة الاتساق والسرعة والدقة.

20 ثانية للتمييز بين المزيف والحقيقي

ويضيف أن آلة «أوسمو» تستغرق الآن نحو 20 ثانية للتمييز بين المنتج المزيف والحقيقي. وقريباً، كما يقول، ستقل الفترة إلى خمس ثوانٍ فقط. وفي النهاية، ستكون فورية تقريباً.

تم بناء أساس التقنية على سنوات من العمل المخبري باستخدام أجهزة استشعار شديدة الحساسية، كما يصفها ويلشكو، «بحجم غسالة الأطباق»، ويضيف: «تم تصميم أجهزة الاستشعار هذه لتكون حساسة مثل أنف الكلب، وقادرة على اكتشاف أضعف البصمات الكيميائية».

وتعمل هذه المستشعرات على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، وتجمع باستمرار البيانات حول التركيب الكيميائي لكل شيء من البرقوق والخوخ إلى المنتجات المصنعة»، كما يوضح ويلشكو.

خريطة الرائحة الرئيسية

تشكل البيانات التي تم جمعها العمود الفقري لعملية تدريب الذكاء الاصطناعي الخاصة بالشركة، والتي تساعد في إنشاء فهم عالي الدقة للروائح المختلفة ومنحها موقعاً في نظام إحداثيات يسمى خريطة الرائحة الرئيسية.

إذا كنت على دراية بكيفية ترميز ألوان الصورة في الصور الرقمية، فان الطريقة تعمل بشكل مماثل. إذ تقريباً، يتوافق لون البكسل مع مكان على خريطة RGB، وهي نقطة في مساحة ثلاثية الأبعاد بها إحداثيات حمراء وخضراء وزرقاء.

تعمل خريطة الرائحة الرئيسية بشكل مشابه، باستثناء أن الإحداثيات في تلك المساحة تتنبأ بكيفية ورود رائحة مجموعات معينة من الجزيئات في العالم الحقيقي. يقول ويلشكو إن هذه الخريطة هي الصلصة السرية لشركة «أوسمو» لجعل الاختبار ممكناً في الوحدات المحمولة ذات أجهزة استشعار ذات دقة أقل وحساسة تقريباً مثل أنف الإنسان.

من المختبر إلى الأدوات اليومية

يقول ويلشكو إنه في حين أن أجهزة الاستشعار المحمولة أقل حساسية من وحدات المختبر، فإن البيانات المكثفة التي يتم جمعها باستخدام أجهزة الاستشعار عالية الدقة تجعل من الممكن إجراء اكتشاف فعال للرائحة. مثل الذكاء الاصطناعي لقياس الصورة القادر على استنتاج محتويات الصورة لإنشاء نسخة بدقة أعلى بناءً على مليارات الصور من نموذجه المدرب، فإن هذا يحدث بالطريقة نفسها مع الرائحة. تعدّ هذه القدرة على التكيف أمراً بالغ الأهمية للتطبيقات في العالم الحقيقي، حيث لا يكون نشر جهاز بحجم المختبر ممكناً.

من جهته، يشير روهينتون ميهتا، نائب الرئيس الأول للأجهزة والتصنيع في «أوسمو»، إلى أن مفتاح عملية التعريف لا يتعلق كثيراً بالروائح التي يمكننا إدراكها، لكن بالتركيب الكيميائي للكائن أو الشيء، وما يكمن تحته. ويقول: «الكثير من الأشياء التي نريد البحث عنها والتحقق من صحتها قد لا يكون لها حتى رائحة محسوسة. الأمر أشبه بمحاولة تحليل التركيب الكيميائي».

وهو يصف اختباراً تجريبياً أجرته الشركة مؤخراً مع شركة إعادة بيع أحذية رياضية كبيرة حقق معدل نجاح يزيد على 95 في المائة في التمييز بين الأحذية المزيفة والأحذية الحقيقية.

إلا أن الطريقة لا تعمل إلا مع الأشياء ذات الحجم الكبير، في الوقت الحالي. ولا يمكن للتكنولوجيا التحقق من صحة الأشياء النادرة جداً التي تم صنع ثلاثة منها فقط، مثلاً.

هذا لأنه، كما أخبرني ويلشكو، يتعلم الذكاء الاصطناعي باستخدام البيانات. لكي يتعلم رائحة طراز جديد معين من الأحذية، تحتاج إلى إعطائه نحو 10 أزواج من الأحذية الرياضية الحقيقية. في بعض الأحيان، تكون رائحة البصمة خافتة لدرجة أنه سيحتاج إلى 50 حذاءً رياضياً أصلياً ليتعلم الطراز الجديد.

خلق روائح جديدة

لا يشم مختبر «أوسمو» الأشياء التي صنعها آخرون فحسب، بل يخلق أيضاً روائح جديدة داخل الشركة باستخدام أنظمة الذكاء الاصطناعي والروبوتات نفسها. أظهر علماء الشركة كيف يعمل هذا بطريقة عملية خلال تجربة أطلقوا عليها اسم مشروع نقل الرائحة. لقد التقطوا رائحة باستخدام مطياف الكتلة للتفريق اللوني الغازي (GCMS)، الذي يحللها إلى مكوناتها الجزيئية ويحمل البيانات إلى السحابة. أصبحت هذه البيانات الملتقطة إحداثيات على خريطة الرائحة الرئيسية. بمجرد رسم الخريطة، يتم توجيه روبوت التركيب في مكان آخر لخلط عناصر مختلفة وفقاً لوصفة الرائحة، وإعادة إنشاء الرائحة الأصلية بشكل فعال.

رائحة مصنّعة لتعريف المنتجات

باستخدام تقنية تصنيع الرائحة نفسها، يتخيل ويلشكو أن «أوسمو» يمكن أن تدمج جزيئات عديمة الرائحة مباشرة في المنتجات بصفتها معرفاتٍ فريدة؛ مما يخلق توقيعاً غير مرئي لن يكون لدى المزورين أي طريقة لاكتشافه أو تكراره. فكر في هذا باعتباره ختماً غير مرئي للأصالة.

وتعمل شركة «أوسمو» على تطوير هذه العلامات الفريدة لتُدمج في مواد مثل الغراء أو حتى في القماش نفسه؛ ما يوفر مؤشراً سرياً لا لبس فيه على الأصالة.

هناك فرصة كبيرة هنا. وكما أخبرني ويلشكو، فإن صناعة الرياضة هي سوق بمليارات الدولارات، حيث أعلنت شركة «نايكي» وحدها عن إيرادات بلغت 60 مليار دولار في العام الماضي. ومع ذلك، تنتشر النسخ المقلدة من منتجاتها على نطاق واسع، حيث أفادت التقارير بأن 20 مليار دولار من السلع المقلدة تقطع هذه الإيرادات. وقد صادرت الجمارك وحماية الحدود الأميركية سلعاً مقلدة بقيمة مليار دولار فقط في العام الماضي في جميع قطاعات الصناعة، وليس فقط السلع الرياضية. ومن الواضح أن تقنية الرائحة هذه يمكن أن تصبح سلاحاً حاسماً لمحاربة المنتجات المقلدة، خصوصاً في أصعب الحالات، حيث تفشل الأساليب التقليدية، مثل فحص العلامات المرئية.

الرائحة هي مفتاح المستقبل

يرى ويلشكو أن النظام جزء من استراتيجية أوسع لرقمنة حاسة الشم - وهو مفهوم بدأ العمل عليه عند عمله في قسم أبحاث «غوغل». إن أساس النظام يكمن في مفهوم يسمى العلاقة بين البنية والرائحة. وتتلخص هذه العلاقة في التنبؤ برائحة الجزيء بناءً على بنيته الكيميائية، وكان مفتاح حل هذه المشكلة هو استخدام الشبكات العصبية البيانية.

إمكانات طبية لرصد الأمراض

إن الإمكانات الطبية لهذه التقنية هي تحويلية بالقدر نفسه. ويتصور ويلشكو أن النظام يمكن استخدامه للكشف المبكر عن الأمراض - مثل السرطان أو السكري أو حتى الحالات العصبية مثل مرض باركنسون - من خلال تحليل التغييرات الدقيقة في رائحة الجسم التي تسبق الأعراض غالباً.

لكنه يقول إنه حذّر بشأن موعد حدوث هذا التقدم؛ لأنه يجب على العلماء أن يحددوا أولاً العلامات الجزيئية لهذه الروائح قبل أن تتمكن الآلة من اكتشاف أمراض مختلفة. وتعمل الشركة بالفعل مع عدد من الباحثين في هذا المجال.

* مجلة «فاست كومباني» - خدمات «تريبيون ميديا»