I glicani nel muco sono responsabili dell'addomesticamento dei microbi,

studio rivela Più di 200 metri quadrati del nostro corpo, compreso il tratto digestivo, polmoni, e del tratto urinario - sono rivestiti di muco. Negli ultimi anni, gli scienziati hanno trovato alcune prove che il muco non è solo una barriera fisica che intrappola batteri e virus, ma può anche disarmare gli agenti patogeni e impedire loro di causare infezioni.

Un nuovo studio del MIT rivela che i glicani, molecole di zucchero ramificate che si trovano nel muco, sono responsabili della maggior parte di questo addomesticamento dei microbi. Ci sono centinaia di diversi glicani nel muco, e il team del MIT ha scoperto che queste molecole possono impedire ai batteri di comunicare tra loro e formare biofilm infettivi, rendendoli effettivamente innocui.

Quello che abbiamo nel muco è una miniera d'oro terapeutica. Questi glicani hanno funzioni biologiche molto ampie e sofisticate. Hanno la capacità di regolare il comportamento dei microbi e sintonizzare davvero la loro identità".

Katharina Ribbeck, il Mark Hyman, Jr. Professore di sviluppo professionale di ingegneria biologica al MIT

In questo studio, che appare oggi in Microbiologia della natura , i ricercatori si sono concentrati sulle interazioni dei glicani con Pseudomonas aeruginosa , un patogeno opportunista che può causare infezioni in pazienti con fibrosi cistica e persone con sistema immunitario compromesso. Il lavoro in corso nel laboratorio di Ribbeck ha dimostrato che i glicani possono regolare anche il comportamento di altri microbi.

L'autore principale di Microbiologia della natura la carta è la studentessa laureata del MIT Kelsey Wheeler.

Difensori potenti

La persona media produce diversi litri di muco ogni giorno, e fino a poco tempo si pensava che questo muco funzionasse principalmente come lubrificante e barriera fisica. Però, Ribbeck e altri hanno dimostrato che il muco può effettivamente interferire con il comportamento batterico, impedendo ai microbi di attaccarsi alle superfici e di comunicare tra loro.

Nel nuovo studio, Ribbeck voleva verificare se i glicani fossero coinvolti nella capacità del muco di controllare il comportamento dei microbi. Queste molecole di zucchero, un tipo di oligosaccaride, si legano a proteine ​​chiamate mucine, i mattoni che formano il gel del muco, per formare una struttura simile a uno scovolino. I glicani associati al muco sono stati poco studiati, ma Ribbeck pensava che avrebbero potuto svolgere un ruolo importante nell'attività di disarmo dei microbi che aveva precedentemente visto dal muco.

Per esplorare questa possibilità, ha isolato i glicani e li ha esposti a Pseudomonas aeruginosa . Dopo l'esposizione a glicani di mucina, i batteri hanno subito ampi cambiamenti nel comportamento che li hanno resi meno dannosi per l'ospite. Per esempio, non producevano più tossine, attaccato o ucciso cellule ospiti, o geni espressi essenziali per la comunicazione batterica.

Questa attività disarmante dei microbi ha avuto potenti conseguenze sulla capacità di questo batterio di stabilire infezioni. Ribbeck ha dimostrato che il trattamento delle ustioni infette da Pseudomonas con mucine e glicani di mucina riduce la proliferazione batterica, indicando il potenziale terapeutico di questi agenti neutralizzanti la virulenza.

"Abbiamo visto che le mucine intatte hanno effetti regolatori e possono causare cambiamenti comportamentali in un'intera gamma di agenti patogeni, ma ora possiamo individuare il meccanismo molecolare e le entità che ne sono responsabili, quali sono i glicani, " dice Ribbeck.

In questi esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato raccolte di centinaia di glicani, ma ora hanno in programma di studiare gli effetti dei singoli glicani, che possono interagire in modo specifico con percorsi diversi o microbi diversi.

Interazioni batteriche

Pseudomonas aeruginosa è solo uno dei tanti patogeni opportunisti che il muco sano tiene sotto controllo. Ribbeck sta ora studiando il ruolo dei glicani nella regolazione di altri agenti patogeni, tra cui Streptococcus e il fungo Candida albicans, e sta anche lavorando sull'identificazione di recettori sulla superficie delle cellule microbiche che interagiscono con i glicani.

Il suo lavoro sullo Streptococcus ha dimostrato che i glicani possono bloccare il trasferimento genico orizzontale, un processo che i microbi usano spesso per diffondere i geni per la resistenza ai farmaci.

Ribbeck e altri ricercatori sono ora interessati a utilizzare ciò che hanno appreso su mucine e glicani per sviluppare muco artificiale, che potrebbe offrire un nuovo modo per curare le malattie derivanti da muco perso o difettoso.

Sfruttare i poteri del muco potrebbe anche portare a nuovi modi per trattare le infezioni resistenti agli antibiotici, perché offre una strategia complementare agli antibiotici tradizionali, Ribbeck dice.

"Quello che troviamo qui è che la natura ha evoluto la capacità di disarmare microbi difficili, invece di ucciderli. Ciò non solo aiuterebbe a limitare la pressione selettiva per lo sviluppo di resistenza, perché non sono sotto pressione per trovare modi per sopravvivere, ma dovrebbe anche aiutare a creare e mantenere un microbioma diversificato, " lei dice.

Ribbeck sospetta che anche i glicani nel muco svolgano un ruolo chiave nel determinare la composizione del microbioma, i trilioni di cellule batteriche che vivono all'interno del corpo umano. Molti di questi microbi sono benefici per i loro ospiti umani, e i glicani possono fornire loro i nutrienti di cui hanno bisogno, o aiutandoli in altro modo a fiorire, lei dice. In questo modo, i glicani associati al muco sono simili ai molti oligosaccaridi presenti nel latte umano, che contiene anche una vasta gamma di zuccheri che possono regolare il comportamento dei microbi.

"Questo è un tema che è probabilmente in gioco in molti sistemi in cui l'obiettivo è modellare e manipolare le comunità all'interno del corpo, non solo negli esseri umani ma in tutto il regno animale, "dice Ribbeck.

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