Glykane im Schleim sind für die Mikrobenzähmung verantwortlich,

Studie enthüllt Mehr als 200 Quadratmeter unseres Körpers – inklusive Verdauungstrakt, Lunge, und Harnwege – sind mit Schleim ausgekleidet. In den vergangenen Jahren, Wissenschaftler haben Beweise dafür gefunden, dass Schleim nicht nur eine physische Barriere ist, die Bakterien und Viren einfängt, aber es kann auch Krankheitserreger entwaffnen und verhindern, dass sie Infektionen verursachen.

Eine neue Studie des MIT zeigt, dass Glykane – verzweigte Zuckermoleküle, die im Schleim vorkommen – für den größten Teil dieser Mikrobenzähmung verantwortlich sind. Es gibt Hunderte von verschiedenen Glykanen im Schleim, und das MIT-Team entdeckte, dass diese Moleküle Bakterien daran hindern können, miteinander zu kommunizieren und infektiöse Biofilme zu bilden. effektiv unschädlich machen.

Was wir im Schleim haben, ist eine therapeutische Goldmine. Diese Glykane haben sehr breite und ausgeklügelte biologische Funktionen. Sie haben die Fähigkeit, das Verhalten von Mikroben zu regulieren und ihre Identität wirklich abzustimmen."

Katharina Ribbeck, der Mark Hyman, Jr. Career Development Professor of Biological Engineering am MIT

In dieser Studie, die heute erscheint in Naturmikrobiologie , Die Forscher konzentrierten sich auf die Wechselwirkungen von Glykanen mit Pseudomonas aeruginosa , ein opportunistischer Erreger, der Infektionen bei Mukoviszidose-Patienten und Menschen mit geschwächtem Immunsystem verursachen kann. Die derzeit in Ribbecks Labor laufende Arbeit hat gezeigt, dass Glykane auch das Verhalten anderer Mikroben regulieren können.

Der Hauptautor des Naturmikrobiologie Papier ist MIT-Absolventin Kelsey Wheeler.

Mächtige Verteidiger

Der durchschnittliche Mensch produziert täglich mehrere Liter Schleim, und bis vor kurzem wurde angenommen, dass dieser Schleim hauptsächlich als Gleitmittel und als physikalische Barriere fungiert. Jedoch, Ribbeck und andere haben gezeigt, dass Schleim tatsächlich das Verhalten von Bakterien beeinträchtigen kann. verhindert, dass sich Mikroben an Oberflächen anlagern und miteinander kommunizieren.

In der neuen Studie Ribbeck wollte testen, ob Glykane an der Fähigkeit des Schleims beteiligt sind, das Verhalten von Mikroben zu kontrollieren. Diese Zuckermoleküle, eine Art von Oligosaccharid, binden an Proteine, die Mucine genannt werden, die gelbildenden Bausteine ​​des Schleims, um eine flaschenbürstenartige Struktur zu bilden. Schleim-assoziierte Glykane wurden wenig untersucht, Ribbeck glaubte jedoch, dass sie eine wichtige Rolle bei der mikrobenentwaffnenden Aktivität spielen könnten, die sie zuvor aus Schleim gesehen hatte.

Um diese Möglichkeit zu erkunden, sie isolierte Glykane und setzte sie aus Pseudomonas aeruginosa . Bei Exposition gegenüber Mucin-Glykanen, die Bakterien durchliefen weitreichende Verhaltensänderungen, die sie für den Wirt weniger schädlich machten. Zum Beispiel, sie produzierten keine Giftstoffe mehr, an Wirtszellen gebunden oder abgetötet, oder exprimierte Gene, die für die bakterielle Kommunikation essentiell sind.

Diese mikrobenentwaffnende Aktivität hatte starke Auswirkungen auf die Fähigkeit dieses Bakteriums, Infektionen auszulösen. Ribbeck hat gezeigt, dass die Behandlung von Pseudomonas-infizierten Brandwunden mit Mucinen und Mucin-Glykanen die Bakterienproliferation reduziert, Dies weist auf das therapeutische Potenzial dieser virulenzneutralisierenden Mittel hin.

„Wir haben gesehen, dass intakte Muzine regulatorische Wirkungen haben und Verhaltensänderungen bei einer ganzen Reihe von Krankheitserregern verursachen können. aber jetzt können wir den molekularen Mechanismus und die dafür verantwortlichen Entitäten lokalisieren, das sind die Glykane, ", sagt Ribbeck.

Bei diesen Experimenten, die Forscher verwendeten Sammlungen von Hunderten von Glykanen, aber sie planen jetzt, die Auswirkungen einzelner Glykane zu untersuchen, die spezifisch mit verschiedenen Wegen oder verschiedenen Mikroben interagieren können.

Bakterielle Wechselwirkungen

Pseudomonas aeruginosa ist nur einer von vielen opportunistischen Krankheitserregern, die gesunder Schleim in Schach hält. Ribbeck untersucht nun die Rolle von Glykanen bei der Regulierung anderer Krankheitserreger, einschließlich Streptococcus und der Pilz Candida albicans, Außerdem arbeitet sie an der Identifizierung von Rezeptoren auf der Oberfläche von Mikrobenzellen, die mit Glykanen interagieren.

Ihre Arbeit an Streptococcus hat gezeigt, dass Glykane den horizontalen Gentransfer blockieren können. ein Prozess, den Mikroben häufig verwenden, um Gene für Arzneimittelresistenz zu verbreiten.

Ribbeck und andere Forscher sind nun daran interessiert, das Gelernte über Mucine und Glykane zu nutzen, um künstlichen Schleim zu entwickeln. die einen neuen Weg zur Behandlung von Krankheiten bieten könnte, die von verlorenem oder defektem Schleim herrühren.

Die Nutzung der Kraft des Schleims könnte auch zu neuen Wegen zur Behandlung von antibiotikaresistenten Infektionen führen. weil es eine ergänzende Strategie zu herkömmlichen Antibiotika bietet, sagt Ribbeck.

"Was wir hier feststellen, ist, dass die Natur die Fähigkeit entwickelt hat, schwierige Mikroben zu entwaffnen, anstatt sie zu töten. Dies würde nicht nur dazu beitragen, den Selektionsdruck zur Resistenzentwicklung zu begrenzen, weil sie nicht unter Druck stehen, Wege zu finden, um zu überleben, aber es sollte auch dazu beitragen, ein vielfältiges Mikrobiom zu schaffen und zu erhalten, " Sie sagt.

Ribbeck vermutet, dass auch Glykane im Schleim eine Schlüsselrolle bei der Zusammensetzung des Mikrobioms spielen – der Billionen Bakterienzellen, die im menschlichen Körper leben. Viele dieser Mikroben sind für ihre menschlichen Wirte von Vorteil. und Glykane können sie mit Nährstoffen versorgen, die sie brauchen, oder ihnen auf andere Weise zum Gedeihen verhelfen, Sie sagt. Auf diese Weise, Schleim-assoziierte Glykane ähneln den vielen Oligosacchariden, die in der Muttermilch vorkommen, die auch eine breite Palette von Zuckern enthält, die das Verhalten von Mikroben regulieren können.

„Dies ist ein Thema, das wahrscheinlich in vielen Systemen im Spiel ist, deren Ziel es ist, Gemeinschaften im Körper zu formen und zu manipulieren. nicht nur beim Menschen, sondern im gesamten Tierreich, ", sagt Ribbeck.

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