Glykaner i slem är ansvariga för mikrobetning,

studie avslöjar Mer än 200 kvadratmeter av våra kroppar - inklusive matsmältningskanalen, lungor, och urinvägarna - är klädda med slem. Under de senaste åren har forskare har funnit bevis på att slem inte bara är en fysisk barriär som fångar upp bakterier och virus, men det kan också avaktivera patogener och förhindra att de orsakar infektioner.

En ny studie från MIT avslöjar att glykaner-grenade sockermolekyler som finns i slem-är ansvariga för det mesta av denna mikrob-tämning. Det finns hundratals olika glykaner i slem, och MIT -teamet upptäckte att dessa molekyler kan hindra bakterier från att kommunicera med varandra och bilda infektiösa biofilmer, effektivt gör dem ofarliga.

Det vi har i slem är en terapeutisk guldgruva. Dessa glykaner har biologiska funktioner som är mycket breda och sofistikerade. De har förmågan att reglera hur mikrober beter sig och verkligen ställa in sin identitet. "

Katharina Ribbeck, Mark Hyman, Jr. Karriärutvecklingsprofessor i biologisk teknik vid MIT

I den här studien, som visas idag i Naturmikrobiologi , forskarna fokuserade på glykans interaktioner med Pseudomonas aeruginosa , en opportunistisk patogen som kan orsaka infektioner hos patienter med cystisk fibros och personer med nedsatt immunförsvar. Arbete som nu pågår i Ribbecks laboratorium har visat att glykaner också kan reglera beteendet hos andra mikrober.

Huvudförfattaren till Naturmikrobiologi papper är MIT -doktorand Kelsey Wheeler.

Kraftfulla försvarare

Den genomsnittliga personen producerar flera liter slem varje dag, och tills nyligen trodde man att detta slem fungerade främst som ett smörjmedel och en fysisk barriär. Dock, Ribbeck och andra har visat att slem faktiskt kan störa bakteriell beteende, förhindra att mikrober ansluter sig till ytor och kommunicerar med varandra.

I den nya studien, Ribbeck ville testa om glykaner var inblandade i slemets förmåga att kontrollera mikrobernas beteende. Dessa sockermolekyler, en typ av oligosackarid, binda till proteiner som kallas muciner, de gelbildande byggstenarna i slem, för att bilda en flaskborstliknande struktur. Slemassocierade glykaner har studerats lite, men Ribbeck trodde att de skulle kunna spela en stor roll i den mikrobaserade avväpningsaktiviteten som hon tidigare hade sett från slem.

För att utforska den möjligheten, hon isolerade glykaner och utsatte dem för Pseudomonas aeruginosa . Vid exponering för mucinglykaner, bakterierna genomgick stora förändringar i beteende som gjorde dem mindre skadliga för värden. Till exempel, de producerar inte längre toxiner, fäst vid eller dödade värdceller, eller uttryckta gener som är väsentliga för bakteriell kommunikation.

Denna mikro-avväpnande aktivitet hade kraftfulla konsekvenser för bakteriens förmåga att etablera infektioner. Ribbeck har visat att behandling av Pseudomonas-infekterade brännskador med muciner och mucinglykaner minskar bakteriell spridning, vilket indikerar terapeutisk potential hos dessa virulensneutraliserande medel.

"Vi har sett att intakta mukiner har regleringseffekter och kan orsaka beteendemässiga växlingar i en rad olika patogener, men nu kan vi identifiera den molekylära mekanismen och de enheter som är ansvariga för detta, vilka är glykanerna, "Säger Ribbeck.

I dessa experiment, forskarna använde samlingar av hundratals glykaner, men de planerar nu att studera effekterna av individuella glykaner, som kan interagera specifikt med olika vägar eller olika mikrober.

Bakteriella interaktioner

Pseudomonas aeruginosa är bara en av många opportunistiska patogener som friskt slem håller i schack. Ribbeck studerar nu glykans roll för att reglera andra patogener, inklusive Streptococcus och svampen Candida albicans, och hon arbetar också med att identifiera receptorer på mikrobcellytor som interagerar med glykaner.

Hennes arbete med Streptococcus har visat att glykaner kan blockera horisontell genöverföring, en process som mikrober ofta använder för att sprida gener för läkemedelsresistens.

Ribbeck och andra forskare är nu intresserade av att använda det de har lärt sig om muciner och glykaner för att utveckla artificiellt slem, som kan erbjuda ett nytt sätt att behandla sjukdomar som härrör från förlorat eller defekt slem.

Att utnyttja slemkraften kan också leda till nya sätt att behandla antibiotikaresistenta infektioner, eftersom den erbjuder en kompletterande strategi för traditionella antibiotika, Säger Ribbeck.

"Vad vi hittar här är att naturen har utvecklat förmågan att avväpna svåra mikrober, istället för att döda dem. Detta skulle inte bara hjälpa till att begränsa selektivt tryck för att utveckla resistens, eftersom de inte är pressade för att hitta sätt att överleva, men det bör också bidra till att skapa och underhålla ett mångsidigt mikrobiom, " hon säger.

Ribbeck misstänker att glykaner i slem också spelar en nyckelroll för att bestämma sammansättningen av mikrobiomet - biljonerna av bakterieceller som lever inuti människokroppen. Många av dessa mikrober är fördelaktiga för deras mänskliga värdar, och glykaner kan ge dem näringsämnen de behöver, eller på annat sätt hjälpa dem att blomstra, hon säger. På det här sättet, slemassocierade glykaner liknar de många oligosackarider som finns i bröstmjölk, som också innehåller ett brett utbud av sockerarter som kan reglera mikrobets beteende.

"Detta är ett tema som sannolikt spelar i många system där målet är att forma och manipulera samhällen inuti kroppen, inte bara hos människor utan i hela djurriket, "Säger Ribbeck.

• D -vitamin muntliga sprayer är lika effektiva som att ta en tablett
• Rotavirus spelar roll i utvecklingen av typ 1 -diabetes