Tämja patogener med slem och fag

Miljoner människor behandlas med antibiotika varje år för infektioner eller som en förebyggande åtgärd. Centers for Disease Control and Prevention rapporterar att minst 2,8 miljoner människor smittas med antibiotikaresistenta bakterier varje år, vilket betyder att bakterierna har hittat sätt att överväldiga antibiotika och fortsätta växa. Att behandla antibiotikaresistenta infektioner är kostsamt och tidskrävande. Två team av NIBIB-finansierade forskare har arbetat med att hitta alternativa lösningar för behandling av bakterieinfektioner, särskilt antibiotikaresistenta bakterier.

Hur bekämpar din rinnande näsa bakterier?

En rinnande näsa är inte det enda stället där slem finns i våra kroppar; det sträcker sig också över många passager, som matsmältningssystemet, för att hålla dem smorda. Massachusetts Institute for Technology (MIT) forskare har funnit att socker i slem hjälper till att kontrollera och avaktivera irriterande mikrober i våra kroppar. De flesta tycker att den slemmiga substansen är en olägenhet och grov, men det spelar en viktig roll i många kroppsliga system.

Mucins, den gelbildande komponenten i slem, är belagda med glykaner, eller socker, och har varit kända för att undertrycka bildandet av biofilm, en mikrobiell tillväxtform som ofta är förknippad med infektioner och svår att behandla med antibiotika. Den här studien, publicerad i Nature Microbiology, hittar ett bredare spektrum av funktioner för de glykaner som är fästa vid muciner. Forskare tror att de kanske inte behöver döda de irriterande mikroberna, men istället, avväpna dem och göra dem mindre smittsamma.

Antibiotika blir mindre effektiva mot snabbt anpassande bakterier. Vi måste utnyttja naturligt förekommande försvarsmekanismer för att skydda oss mot mikrober. "

David Rampulla, Ph.D., chef för programmet NIBIB Biomaterials and Biomolecular Constructs

Slem är tätt packat med skadliga mikrober, så hur använder kroppen denna slemmiga substans för att förhindra infektioner? Man skulle tro att något i slem kan döda bakterierna. MIT -teamet, ledd av Katharina Ribbeck, Ph.D., Professor vid institutionen för biologisk teknik, har funnit att slem tämjer patogener som finns i dess klibbiga matris så att immunsystemet kan sparka in och slåss när det behöver- men slem dödar inte bakterier på egen hand.

Många trodde tidigare att det strukturella nätverket av slem var rent mekaniskt, men vi har lärt oss att det också spelar en avgörande roll för hur det kontrollerar problematiska patogener. Vi testar för att se om denna funktion är universell för många arter. "

Katharina Ribbeck, Ph.D., Professor vid institutionen för biologisk teknik, MIT

Forskarna dissekerade de olika delarna av slem och fann att den viktigaste ingrediensen som tämde bakterier var glykaner. Glykaner är kedjor av sockermolekyler som bildar grenade strukturer. Forskarna ifrågasatte om glykanerna skulle ha samma kraft utan de andra komponenterna i slem. Resultaten bekräftade att glykanerna är robusta på att avlägsna patogener på egen hand.

Denna studie fokuserade på glykanernas svar på en specifik bakterie, P. aeruginosa, som orsakar infektioner hos personer med nedsatt immunförsvar. Doktorand, Kelsey Wheeler, fann att glykanerna gjorde bakterierna mindre potenta genom att undertrycka genetiska vägar som är ansvariga för bakteriell kommunikation och sådana som tillåter klumpning eller toxinproduktion. Dessa vägar möjliggör deras smittsamma beteende.

Ribbeck sa att en av hennes största utmaningar har varit att övertyga människor om att slem är värt att studera och inte bara en avfallsprodukt. "Vi kan skapa alternativa terapeutiska metoder som inte använder antibiotika för att döda mikrober, men använd istället naturens form av biologisk teknik - slem, sa Ribbeck.

Nästa för Ribbeck är att bryta glykankoden och förstå vilka glykaner som tämjer en specifik patogen och hur de binder samman. Hon vill också lära sig mer om och hur mikrober kan känna av glykaner och följaktligen försöka undkomma dem. Många olika typer av bakterier samexisterar i samhällen inuti våra kroppar och, till viss del, utgör en persons mikrobiom, som spelar en viktig roll för matsmältningen och immunhälsan. Ribbeck tror att glykaner spelar en viktig roll för att upprätthålla och förändra mikrobiomet i våra kroppar, och hennes labb börjar testa teorin.

Tillverkar virus för att bekämpa antibiotikaresistenta bakterier

Timothy Lu, Ph.D., en MIT -docent vid institutionen för biologisk teknik och elektroteknik och datavetenskap, har arbetat med ett annat alternativt sätt att behandla antibiotikaresistenta bakterieinfektioner. Lu har utvecklat ett sätt att utveckla en speciell typ av virus som kallas en bakteriofag eller fag för att döda olika stammar av E. coli.

Antibiotika hämmar eller reglerar vanligtvis enzymer som är ansvariga för att kontrollera tillväxt och spridning av bakterier, ge immunsystemet tid att bekämpa infektioner. Fager dödar bakterier genom en annan mekanism. Vanligast, fager känner igen en specifik receptor på en bakterie som gör att de kan binda och injicera sitt virus i bakterierna. Viruset kommer att replikera och så småningom döda bakterierna.

"Att använda fager för att behandla antibiotikaresistenta infektioner är inget nytt koncept, "sa Lu. Han förklarade att man kunde utföra en omfattande, en snabb skärm för att identifiera naturligt förekommande fager som dödar specifika typer av bakterier. "Men i slutet av skärmen, du kommer sannolikt att stå kvar med en mångfaldig grupp av fager som kommer att vara svåra att tillverka och skala upp i en kommersiellt reproducerbar, kostnadseffektivt sätt. "

• Alger förbättrar mänskliga mag -tarmproblem,
• Icke-hormonella alternativ är effektiva vid behandling av klimakteriebesvär