Glycanen in slijm zijn verantwoordelijk voor het temmen van microben,

Wat we in slijm hebben is een therapeutische goudmijn. Deze glycanen hebben biologische functies die zeer breed en verfijnd zijn. Ze hebben het vermogen om te reguleren hoe microben zich gedragen en om hun identiteit echt af te stemmen."

Katharina Ribbeck, de Mark Hyman, Jr. Career Development Professor of Biological Engineering aan MIT

In dit onderzoek, die vandaag verschijnt in Natuur Microbiologie , de onderzoekers concentreerden zich op de interacties van glycanen met Pseudomonas aeruginosa , een opportunistische ziekteverwekker die infecties kan veroorzaken bij patiënten met cystische fibrose en mensen met een aangetast immuunsysteem. Werk dat nu aan de gang is in het laboratorium van Ribbeck heeft aangetoond dat glycanen ook het gedrag van andere microben kunnen reguleren.

De hoofdauteur van de Natuur Microbiologie paper is MIT-afgestudeerde student Kelsey Wheeler.

Krachtige verdedigers

De gemiddelde persoon produceert dagelijks meerdere liters slijm, en tot voor kort werd gedacht dat dit slijm voornamelijk als smeermiddel en fysieke barrière fungeerde. Echter, Ribbeck en anderen hebben aangetoond dat slijm daadwerkelijk kan interfereren met bacterieel gedrag, voorkomen dat microben zich aan oppervlakken hechten en met elkaar communiceren.

In de nieuwe studie Ribbeck wilde testen of glycanen betrokken waren bij het vermogen van slijm om het gedrag van microben te controleren. Deze suikermoleculen, een soort oligosacharide, hechten aan eiwitten die mucinen worden genoemd, de gelvormende bouwstenen van slijm, om een ​​flessenborstelachtige structuur te vormen. Slijm-geassocieerde glycanen zijn weinig bestudeerd, maar Ribbeck dacht dat ze een belangrijke rol zouden kunnen spelen in de microbe-ontwapenende activiteit die ze eerder van slijm had gezien.

Om die mogelijkheid te onderzoeken, ze isoleerde glycanen en stelde ze bloot aan Pseudomonas aeruginosa . Bij blootstelling aan mucineglycanen, de bacteriën ondergingen brede gedragsveranderingen waardoor ze minder schadelijk waren voor de gastheer. Bijvoorbeeld, ze produceerden niet langer gifstoffen, gehecht aan of gedood gastheercellen, of tot expressie gebrachte genen die essentieel zijn voor bacteriële communicatie.

Deze microbe-ontwapenende activiteit had krachtige gevolgen voor het vermogen van deze bacterie om infecties te veroorzaken. Ribbeck heeft aangetoond dat behandeling van met Pseudomonas geïnfecteerde brandwonden met mucinen en mucineglycanen de bacteriële proliferatie vermindert, wat wijst op het therapeutisch potentieel van deze virulentie-neutraliserende middelen.

"We hebben gezien dat intacte mucinen regulerende effecten hebben en gedragsveranderingen kunnen veroorzaken bij een hele reeks pathogenen, maar nu kunnen we het moleculaire mechanisme lokaliseren en de entiteiten die hiervoor verantwoordelijk zijn, wat zijn de glycanen, ' zegt Ribbeck.

Bij deze experimenten de onderzoekers gebruikten verzamelingen van honderden glycanen, maar ze zijn nu van plan om de effecten van individuele glycanen te bestuderen, die specifiek kunnen interageren met verschillende routes of verschillende microben.

Bacteriële interacties

Pseudomonas aeruginosa is slechts een van de vele opportunistische pathogenen die gezond slijm onder controle houdt. Ribbeck bestudeert nu de rol van glycanen bij het reguleren van andere pathogenen, waaronder Streptococcus en de schimmel Candida albicans, en ze werkt ook aan het identificeren van receptoren op celoppervlakken van microben die interageren met glycanen.

Haar werk aan Streptococcus heeft aangetoond dat glycanen horizontale genoverdracht kunnen blokkeren, een proces dat microben vaak gebruiken om genen voor resistentie tegen geneesmiddelen te verspreiden.

Ribbeck en andere onderzoekers zijn nu geïnteresseerd in het gebruik van wat ze hebben geleerd over mucinen en glycanen om kunstmatig slijm te ontwikkelen, die een nieuwe manier zou kunnen bieden om ziekten te behandelen die het gevolg zijn van verloren of defect slijm.

Het benutten van de kracht van slijm kan ook leiden tot nieuwe manieren om antibioticaresistente infecties te behandelen. omdat het een aanvullende strategie biedt voor traditionele antibiotica, zegt Ribbeck.

"Wat we hier vinden is dat de natuur het vermogen heeft ontwikkeld om moeilijke microben te ontwapenen, in plaats van ze te doden. Dit zou niet alleen helpen de selectiedruk voor het ontwikkelen van resistentie te beperken, omdat ze niet onder druk staan ​​om manieren te vinden om te overleven, maar het moet ook helpen bij het creëren en behouden van een divers microbioom, " ze zegt.

Ribbeck vermoedt dat glycanen in slijm ook een sleutelrol spelen bij het bepalen van de samenstelling van het microbioom - de biljoenen bacteriële cellen die in het menselijk lichaam leven. Veel van deze microben zijn gunstig voor hun menselijke gastheren, en glycanen kunnen hen voorzien van voedingsstoffen die ze nodig hebben, of anderszins te helpen bloeien, ze zegt. Op deze manier, slijm-geassocieerde glycanen zijn vergelijkbaar met de vele oligosachariden die in moedermelk worden aangetroffen, die ook een breed scala aan suikers bevat die het gedrag van microben kunnen reguleren.

"Dit is een thema dat waarschijnlijk speelt in veel systemen waar het doel is om gemeenschappen in het lichaam vorm te geven en te manipuleren, niet alleen bij mensen, maar in het hele dierenrijk, ' zegt Ribbeck.

• Vitamine D orale sprays even effectief als het nemen van een tablet
• Rotavirus speelt rol bij ontwikkeling van type 1 diabetes