يمكن لبعض الناس أن يأكلوا الفلفل الحار دون أي مشاكل على الإطلاق، بينما قد يصاب البعض الآخر برد فعل عنيف من أمعائهم. وليس هذا فقط، ولكن إذا شعرت بالتوتر، فقد تشعر به في بطنك أيضا. ولكن ما الذي يؤدي إلى ردود الفعل المختلفة هذه؟. قد تكون هذه الإجابات والمزيد في متناول اليد أخيرا بعد أن نجح العلماء في رسم خريطة للأمعاء البشرية بدقة خلية واحدة لأول مرة. واستخدم باحثو جامعة نورث كارولينا (UNC) مسارات الجهاز الهضمي البشري بالكامل من ثلاثة متبرعين بالأعضاء لإظهار كيف تختلف أنواع الخلايا في جميع مناطق الأمعاء، لإلقاء الضوء على الوظائف الخلوية، ولإظهار اختلافات التعبير الجيني بين هذه الخلايا وبين الأفراد.

وقال سكوت ماغنس، معد الدراسة الرئيسي: "أظهر مختبرنا أنه من الممكن التعرف على وظيفة كل نوع خلية في عمليات مهمة، مثل امتصاص العناصر الغذائية، والحماية من الطفيليات، وإنتاج المخاط والهرمونات التي تنظم سلوك الأكل وحركة الأمعاء". وتعلمنا أيضا كيف يمكن أن تتفاعل بطانة الأمعاء مع البيئة من خلال المستقبلات وأجهزة الاستشعار، وكيف يمكن للأدوية أن تتفاعل مع أنواع الخلايا المختلفة. ويحاول مختبر ماغنس التابع لـUNC فهم سبب حدوث الآثار الجانبية مثل الإسهال والقيء ونزيف الأمعاء، وصولا إلى مستوى الخلايا الفردية ووظائفها ومواقعها وجيناتها. وفي هذه الدراسة، ركز الباحثون على الظهارة: الطبقة السميكة أحادية الخلية التي تفصل داخل الأمعاء والقولون عن أي شيء آخر. ومثل مجموعات الخلايا الأخرى والميكروبات، فإن الظهارة مهمة للغاية لصحة الإنسان، وعمل العلماء على استكشافها لسنوات. ولكن حتى الآن، كان بإمكان الباحثين فقط أخذ خزعات صغيرة بحجم حبات الأرز من أجزاء قليلة من الجهاز الهضمي، عادة من القولون أو مناطق محدودة من الأمعاء الدقيقة. واعتمد ماغنس على المعدين المشاركين الأوائل، زميل ما بعد الدكتوراه جوزيف بوركلاف، وطالب الدراسات العليا، غاريت بليتون، كلاهما متدرب في مختبر ماغنس. وفي الماضي، كان الباحثون يخلطون تلك الخزعات بحجم الأرز لتحديد جميع أنواع الخلايا الظهارية ومعرفة بعض السمات العامة لهذه الخلايا.

ومع ذلك، استخدمت هذه الدراسة تقنية مختلفة لأخذ عينات من آلاف الخلايا الفردية من الأمعاء الدقيقة والقولون لإنشاء خريطة للجهاز الهضمي. وستُستخدم الخريطة بعد ذلك للتنبؤ بالدور المحتمل للخلايا بناء على التعبير الجيني للخلايا القريبة. وقال ماغنس: "الصورة التي نحصل عليها من كل خلية عبارة عن فسيفساء من جميع الأنواع المختلفة من الجينات التي تصنعها الخلايا، وهذا التكملة من الجينات تخلق "توقيعا" يخبرنا بنوع الخلية وما الذي تفعله. هل هي خلية جذعية أم مخاطية أم خلية منتجة للهرمون أم خلية إشارات مناعية؟". وإذا نظرت إلى مخاط الأمعاء، وهو خليط معقد يحمي الخلايا، فإننا نعرض الخلايا التي تعبر عن بروتينات الميوسين المختلفة، ومقدارها، وفي أي مناطق من الجهاز الهضمي. وما وجدته مجموعة ماغنس هو مستوى جديد تماما من التباين في الوظائف المحتملة التي لم يتم تقديرها سابقا من خلال مزج عينات الخزعة. واستكشف الباحثون جميع المستقبلات الظهارية - بروتينات سطح الخلية المستخدمة للتواصل مع الخلايا والجزيئات الأخرى ومع بيئة القناة الهضمية. وتمكن ماغنس وزملاؤه من معرفة المستقبلات التي تم التعبير عنها بشكل أكبر وفي أي أنواع من الخلايا، ورسموا صورة جديدة لكيفية تفاعل الخلايا مع محتويات الأمعاء مثل العناصر الغذائية والميكروبات والسموم والأدوية. ونُشر البحث في مجلة Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology.