Taming patogener med slim og fag

Millioner av mennesker blir behandlet med antibiotika hvert år for infeksjoner eller som et forebyggende tiltak. Centers for Disease Control and Prevention rapporterer at minst 2,8 millioner mennesker blir smittet med antibiotikaresistente bakterier hvert år, betyr at bakteriene har funnet måter å overmanne antibiotika på og fortsette å vokse. Behandling av antibiotikaresistente infeksjoner er kostbar og tidkrevende. To lag med NIBIB-finansierte forskere har jobbet med å finne alternative løsninger for behandling av bakterielle infeksjoner, spesielt antibiotikaresistente bakterier.

Hvordan bekjemper rennende nese bakterier?

En rennende nese er ikke det eneste stedet slim finnes i kroppene våre; det strekker også mange passasjer, som fordøyelsessystemet, for å holde dem smurt. Massachusetts Institute for Technology (MIT) forskere har funnet ut at sukker i slim hjelper til med å kontrollere og deaktivere irriterende mikrober i kroppene våre. De fleste synes det slimete stoffet er en plage og grovt, men det spiller en viktig rolle i mange kroppslige systemer.

Mucins, den geldannende komponenten i slim, er belagt med glykaner, eller sukker, og har vært kjent for å undertrykke dannelsen av biofilm, en mikrobiell vekstform som ofte er forbundet med infeksjoner og vanskelig å behandle med antibiotika. Denne studien, publisert i Nature Microbiology, finner et bredere spekter av funksjoner for glykanene festet til muciner. Forskere tror at de kanskje ikke trenger å drepe de irriterende mikrober, men istedet, deaktivere dem og gjøre dem mindre smittsomme.

Antibiotika blir mindre effektive mot bakterier som tilpasser seg raskt. Vi må utnytte naturlig forekommende forsvarsmekanismer for å beskytte oss mot mikrober. "

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

Slim er tettpakket med skadelige mikrober, så hvordan bruker kroppen dette slimete stoffet for å forhindre infeksjoner? Man skulle tro at noe i slim kan drepe bakteriene. MIT -teamet, ledet av Katharina Ribbeck, Ph.D., Professor ved avdeling for biologisk ingeniørfag, har funnet ut at slim temmer patogener som finnes i den klebrige matrisen, slik at immunsystemet kan sparke inn og kjempe når det må-men slim dreper ikke bakterier alene.

Mange trodde tidligere at det strukturelle nettverket av slim bare var for mekaniske formål, men vi har lært at den også spiller en kritisk rolle i måten den kontrollerer problematiske patogener på. Vi tester for å se om denne funksjonen er universell for mange arter. "

Katharina Ribbeck, Ph.D., Professor ved avdeling for biologisk ingeniørfag, MIT

Forskerne dissekerte de forskjellige delene av slim og fant at den viktigste ingrediensen som temmet bakterier var glykaner. Glykaner er kjeder av sukkermolekyler som danner forgrenede strukturer. Forskerne stilte spørsmål ved om glykanene ville ha samme kraft uten de andre komponentene i slim. Resultatene bekreftet at glykanene er robuste til å desinfisere patogener alene.

Denne studien fokuserte på glykanenes respons på en bestemt bakterie, P. aeruginosa, som forårsaker infeksjoner hos mennesker med nedsatt immunforsvar. Utdannet student, Kelsey Wheeler, fant at glykanene gjorde bakteriene mindre potente ved å undertrykke genetiske veier som er ansvarlige for bakteriell kommunikasjon og de som tillater klumping eller toksinproduksjon. Disse veiene muliggjør deres smittsomme oppførsel.

Ribbeck sa at en av hennes største utfordringer har vært å overbevise folk om at slim er verdt å studere og ikke bare et avfallsprodukt. "Vi kan lage alternative terapeutiske tilnærminger som ikke bruker antibiotika for å drepe mikrober, men bruk i stedet naturens form for biologisk prosjektering - slim, "sa Ribbeck.

Neste for Ribbeck er å bryte glykankoden og forstå hvilke glykaner som temmer et bestemt patogen og hvordan de binder seg sammen. Hun ønsker også å lære mer om og hvordan mikrober kan føle glykaner og følgelig prøve å unnslippe dem. Mange forskjellige typer bakterier sameksisterer i lokalsamfunn inne i kroppen vår, og delvis, utgjør en persons mikrobiom, som spiller en viktig rolle i fordøyelsen og immunhelsen. Ribbeck mener glykaner spiller en betydelig rolle i å opprettholde og endre mikrobiomet i kroppene våre, og laboratoriet hennes begynner å teste teorien.

Produksjon av virus for å bekjempe antibiotikaresistente bakterier

Timothy Lu, Ph.D., en førsteamanuensis ved MIT ved Institutt for biologisk ingeniørvitenskap og elektroteknikk og informatikk, har jobbet med en annen alternativ tilnærming for behandling av antibiotikaresistente bakterielle infeksjoner. Lu har utviklet en måte å utvikle en spesiell type virus kalt en bakteriofag eller fag for å drepe forskjellige stammer av E. coli.

Antibiotika hemmer eller regulerer vanligvis enzymer som er ansvarlige for å kontrollere vekst og spredning av bakterier, gi immunsystemet tid til å bekjempe infeksjoner. Fager dreper bakterier gjennom en annen mekanisme. Mest vanlig, fagene gjenkjenner en spesifikk reseptor på en bakterie som lar dem binde og injisere viruset i bakterien. Viruset vil replikere og til slutt drepe bakteriene.

"Å bruke fag til å behandle antibiotikaresistente infeksjoner er ikke et nytt begrep, "sa Lu. Han forklarte at man kunne utføre en omfattende, rettidig skjerm for å identifisere naturlig forekommende fager som dreper bestemte typer bakterier. "Men på slutten av skjermen, du vil sannsynligvis sitte igjen med en mangfoldig gruppe fag som vil være vanskelig å produsere og skalere opp i en kommersielt reproduserbar, kostnadseffektiv måte. "

• Alger forbedrer menneskelige gastrointestinale problemer,
• Ikke-hormonelle alternativer er effektive i behandling av symptomer på overgangsalder