研究揭示粘液如何驯服微生物

马萨诸塞州剑桥市-我们超过200平方米的身体(包括消化道,肺和泌尿道)内衬粘液。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

马萨诸塞州剑桥市-我们超过200平方米的身体(包括消化道,肺和泌尿道)内衬粘液。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。

研究揭示粘液如何驯服微生物

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马克·海曼(Mark Hyman)教授马克·海曼(Katharina Ribbeck)说:“我们在黏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。它们具有调节微生物行为并真正调节其特性的能力。”

在今天出现在《自然微生物学》中的这项研究中,研究人员关注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,粘蛋白是形成粘液的凝胶,可以形成类似于牙刷的结构。与粘液有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已显示,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转换,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,但是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。

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,并且她还致力于鉴定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,这可能为治疗由粘液丢失或缺陷引起的疾病提供了一种新方法。

Ribbeck说,利用粘液的力量还可能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的能力,而不是杀死它们。这不仅有助于限制产生抗药性的选择性压力,因为它们没有寻找生存方法的压力,而且还应该帮助创建和维护多样化的微生物组。”她说。

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