研究揭示了粘液如何驯服微生物–“治疗金矿”

时间:2019-10-21 20:42 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

  研究揭示了粘液如何驯服微生物–“治疗金矿”

       被称为聚糖的特殊糖分子可以解除机会病原体的武装并预防感染。

  包括消化道,肺和泌尿道在内的200多平方米的身体布满了粘液。近年来,科学家发现了一些证据,表明粘液不仅是捕获细菌和病毒的物理屏障,而且还可以解除病原体的武装并防止其引起感染。

  麻省理工学院的一项新研究表明,聚糖(粘液中发现的分支糖分子)是造成这种微生物驯化的主要原因。黏液中有数百种不同的聚糖,麻省理工学院的研究小组发现,这些分子可以防止细菌相互交流并形成传染性生物膜,从而有效地使它们变得无害。

  麻省理工学院生物工程专业发展小马克·海曼(Mark Hyman)教授凯瑟琳娜·里贝克(Katharina Ribbeck)说:“我们在粘液中拥有的是治疗性金矿。” 这些聚糖具有非常广泛和复杂的生物学功能。他们有能力调节微生物的行为并真正调整其身份。”

  在这项于2019年10月14日发表在《自然微生物学》上的研究中,研究人员专注于聚糖与铜绿假单胞菌的相互作用,铜绿假单胞菌是一种机会病原体,可导致囊性纤维化患者和免疫系统受损的人感染。Ribbeck实验室目前正在进行的研究表明,聚糖还可以调节其他微生物的行为。

  《自然微生物学》论文的主要作者是麻省理工学院的研究生凯尔西·惠勒。

  强大的捍卫者

  一般人每天会产生几升粘液,直到最近,这种粘液仍被认为主要起到润滑剂和物理屏障的作用。但是,Ribbeck和其他研究表明,粘液实际上会干扰细菌的行为,从而阻止微生物附着在表面上并相互交流。

  在这项新研究中,Ribbeck希望测试聚糖是否参与了粘液控制微生物行为的能力。这些糖分子(一种寡糖)附着在称为粘蛋白的蛋白质上,粘蛋白是粘液的凝胶形成基石,形成了类似于牙刷的结构。与粘液相关的聚糖很少进行研究,但是Ribbeck认为它们可能在她先前从粘液中观察到的微生物清除作用中起主要作用。

  为了探讨这种可能性,她分离了聚糖并将其暴露于铜绿假单胞菌。暴露于粘蛋白聚糖后,细菌的行为发生了广泛变化,从而使其对宿主的危害降低。例如,它们不再产生毒素,附着或杀死宿主细胞或表达细菌交流所必需的基因。

  这种除微生物的活动对该细菌建立感染的能力产生了重要影响。Ribbeck已表明,用粘蛋白和粘蛋白聚糖治疗 假单胞菌感染的烧伤创面可减少细菌增殖,表明这些中和力的治疗剂具有治疗潜力。

  Ribbeck说:“我们已经发现完整的粘蛋白具有调节作用,并且可以在整个病原体中引起行为切换,但是现在我们可以查明聚糖的分子机制和实体。”

  在这些实验中,研究人员使用了数百种聚糖的集合,但他们现在计划研究单个聚糖的作用,这些聚糖可能与不同的途径或微生物发生特异性相互作用。

  “这是一篇重要的论文,因为它表明细菌生物膜的形成被正常的粘液,尤其是其聚糖所抑制。[Ribbeck]现在再次表明正常的粘液对细菌具有有益的作用,并且粘液比大多数人所欣赏的更为复杂。”未参与这项研究的哥德堡大学医学生物化学教授Gunnar Hansson说。

  细菌相互作用

  铜绿假单胞菌只是健康粘液不断检查的许多机会性病原体之一。Ribbeck现在正在研究聚糖在调节其他病原体(包括链球菌和真菌白色念珠菌)中的作用,并且她还在研究与聚糖相互作用的微生物细胞表面的受体。

  她在链球菌上的研究表明,聚糖可以阻断水平基因的转移,微生物通常会利用这一过程来传播耐药基因。

  Ribbeck和其他研究人员现在对利用他们对粘蛋白和聚糖的了解发展出人造粘液感兴趣,这可以为治疗由粘液丢失或缺陷引起的疾病提供一种新的方法。

  Ribbeck说,利用粘液的力量还可以导致治疗抗生素耐药性感染的新方法,因为它提供了传统抗生素的补充策略。

  “我们在这里发现的是,自然界已经进化出了使困难的微生物解除武装而不是杀死它们的能力。她说:“这不仅有助于限制产生耐药性的选择性压力,因为它们没有寻找生存途径的压力,而且还应有助于创造和维持多样化的微生物组。”

  里贝克怀疑粘液中的聚糖在决定微生物组的组成方面也起着关键作用。微生物组是生活在人体中的数万亿细菌细胞。她说,这些微生物中的许多对人体宿主都是有益的,聚糖可能会为它们提供所需的营养,或者以其他方式帮助它们蓬勃发展。这样,与粘液相关的聚糖与人乳中发现的许多寡糖相似,后者还含有多种可以调节微生物行为的糖。

  Ribbeck说:“这个主题可能在许多系统中发挥作用,这些系统的目标是塑造和操纵人体内乃至整个动物界内的社区。”

  该研究由美国国家生物医学成像与生物工程研究所,美国国立卫生研究院,美国国家科学基金会,美国国家环境健康科学研究所和麻省理工学院Deshpande技术创新中心资助。

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