Tamning af patogener med slim og fager

Millioner af mennesker behandles hvert år med antibiotika for infektioner eller som en forebyggende foranstaltning. Centers for Disease Control and Prevention rapporterer, at mindst 2,8 millioner mennesker hvert år smittes med antibiotikaresistente bakterier, hvilket betyder, at bakterierne har fundet måder at overvinde antibiotika og fortsætte med at vokse. Behandling af antibiotikaresistente infektioner er dyr og tidskrævende. To teams af NIBIB-finansierede forskere har arbejdet på at finde alternative løsninger til behandling af bakterielle infektioner, især antibiotikaresistente bakterier.

Hvordan bekæmper din løbende næse bakterier?

En løbende næse er ikke det eneste sted, slim findes i vores kroppe; det streger også mange passager, ligesom fordøjelsessystemet, for at holde dem smurt. Massachusetts Institute for Technology (MIT) forskere har fundet ud af, at sukker i slim hjælper med at kontrollere og afvæbne irriterende mikrober i vores kroppe. De fleste mennesker synes, at det slimede stof er generende og groft, men det spiller en afgørende rolle i mange kropslige systemer.

Mucins, den geldannende komponent i slim, er belagt med glycaner, eller sukker, og har været kendt for at undertrykke dannelsen af ​​biofilm, en mikrobiel vækstform, der ofte er forbundet med infektioner og vanskelig at behandle med antibiotika. Dette studie, udgivet i Nature Microbiology, finder en bredere vifte af funktioner for glykanerne, der er knyttet til muciner. Forskere mener, at de muligvis ikke behøver at dræbe de irriterende mikrober, men i stedet, afvæbne dem og gøre dem mindre smitsomme.

Antibiotika bliver mindre effektive mod hurtigt tilpassende bakterier. Vi er nødt til at udnytte naturligt forekommende forsvarsmekanismer for at beskytte os mod mikrober. "

David Rampulla, Ph.d., direktør for programmet NIBIB Biomaterials and Biomolecular Constructs

Slim er tæt pakket med skadelige mikrober, så hvordan bruger kroppen dette slimede stof til at forhindre infektioner? Man skulle tro, at noget i slim kan dræbe bakterierne. MIT -teamet, ledet af Katharina Ribbeck, Ph.d., Professor i afdelingen for biologisk teknik, har fundet ud af, at slim tæmmer patogener, der er indeholdt i dets klæbrige matrix, så immunsystemet kan sparke ind og kæmpe, når det skal-men slim dræber ikke bakterier alene.

Mange troede tidligere, at det strukturelle slimnetværk udelukkende var til mekaniske formål, men vi har lært, at det også spiller en afgørende rolle i den måde, det styrer problematiske patogener på. Vi tester for at se, om denne funktion er universel på tværs af mange arter. "

Katharina Ribbeck, Ph.d., Professor i afdelingen for biologisk teknik, MIT

Forskerne dissekerede de forskellige dele af slim og fandt ud af, at den vigtigste ingrediens, der tæmmede bakterier, var glycaner. Glycaner er kæder af sukkermolekyler, der danner forgrenede strukturer. Forskerne stillede spørgsmålstegn ved, om glykanerne ville have den samme kraft uden de andre komponenter i slim. Resultaterne bekræftede, at glykanerne er robuste til at desinficere patogener alene.

Denne undersøgelse fokuserede på glykanernes reaktion på en bestemt bakterie, P. aeruginosa, der forårsager infektioner hos mennesker med et kompromitteret immunsystem. Kandidatstuderende, Kelsey Wheeler, fandt glykanerne gjort bakterierne mindre potente ved at undertrykke genetiske veje, der er ansvarlige for bakteriel kommunikation og dem, der tillader klumpning eller toksinproduktion. Disse veje muliggør deres smitsomme adfærd.

Ribbeck sagde, at en af ​​hendes største udfordringer har været at overbevise folk om, at slim er værd at undersøge og ikke kun et affaldsprodukt. "Vi kan skabe alternative terapeutiske metoder, der ikke bruger antibiotika til at dræbe mikrober, men brug i stedet naturens form for biologisk teknik - slim, sagde Ribbeck.

Næste for Ribbeck er at bryde glycan -koden og forstå, hvilke glycaner der tæmmer et specifikt patogen, og hvordan de binder sammen. Hun vil også lære mere om, om og hvordan mikrober kan fornemme glycaner og derfor forsøge at undslippe dem. Mange forskellige typer bakterier sameksisterer i lokalsamfund inde i vores kroppe og, delvis, udgør en persons mikrobiom, som spiller en vigtig rolle i fordøjelsen og immunforsvaret. Ribbeck mener, at glycaner spiller en væsentlig rolle i vedligeholdelse og ændring af mikrobiomet i vores kroppe, og hendes laboratorium begynder at teste teorien.

Fremstilling af vira til bekæmpelse af antibiotikaresistente bakterier

Timothy Lu, Ph.d., en MIT -lektor i Institut for Biologisk Teknik og Elektroteknik og Datalogi, har arbejdet på en anden alternativ tilgang til behandling af antibiotikaresistente bakterieinfektioner. Lu har udviklet en måde at konstruere en særlig type virus kaldet en bakteriofag eller fag til at dræbe forskellige stammer af E. coli.

Antibiotika hæmmer eller regulerer typisk enzymer, der er ansvarlige for at kontrollere væksten og spredningen af ​​bakterier, giver immunsystemet tid til at bekæmpe infektioner. Fager dræber bakterier gennem en anden mekanisme. Mest almindeligt, fager genkender en specifik receptor på en bakterie, der tillader dem at binde og injicere deres virus i bakterierne. Virussen vil replikere og i sidste ende dræbe bakterierne.

"Brug af fag til behandling af antibiotikaresistente infektioner er ikke et nyt begreb, "sagde Lu. Han forklarede, at man kunne udføre en omfattende, rettidig skærm til at identificere naturligt forekommende fager, der dræber bestemte typer bakterier. "Men i slutningen af ​​skærmen, du vil sandsynligvis sidde tilbage med en forskelligartet gruppe af fager, der vil være vanskelige at fremstille og opskalere i en kommercielt reproducerbar, omkostningseffektiv måde. "

• Alger forbedrer menneskelige mave -tarmproblemer,
• Ikke-hormonelle muligheder er effektive til behandling af symptomer på overgangsalderen