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研究揭示粘液如何驯服微生物

导读马萨诸塞州剑桥——我们身体的200多平方米(包括消化道、肺部和泌尿道)布满了黏液。近年来,科学家们发现了一些证据,证明粘液不仅是捕捉细

马萨诸塞州剑桥——我们身体的200多平方米(包括消化道、肺部和泌尿道)布满了黏液。近年来,科学家们发现了一些证据,证明粘液不仅是捕捉细菌和病毒的物理屏障,而且可以解除病原体的武装,防止它们引起感染。

麻省理工学院的一项新研究表明,多糖(在粘液中发现的分支糖分子)是这种微生物驯化的主要原因。粘液中有数百种不同的多糖。麻省理工学院的研究小组发现,这些分子可以阻止细菌之间的交流,形成传染性生物膜,从而有效地使它们无害。

麻省理工学院马克海曼生物工程发展教授卡塔琳娜马克海曼说:“我们在粘液中发现了治疗金矿。“这些多糖具有非常广泛和复杂的生物功能。他们有能力调节微生物的行为,真正调节其特性。”

在今天发表于《自然微生物学》的这项研究中,研究人员关注了多糖和铜绿假单胞菌之间的相互作用,铜绿假单胞菌是一种机会性病原体,可导致囊性纤维化患者和免疫系统受损的人感染。里贝克实验室目前的研究表明,多糖还可以调节其他微生物的行为。

论文003010的主要作者是麻省理工学院的研究生Chersi Wheeler。

强大的防御者

一般来说,人们每天会产生几升粘液。直到最近,这种粘液被认为主要用作润滑剂和物理屏障。然而,里贝克和其他研究表明,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并相互交流。

在这项新的研究中,里贝克希望测试聚糖是否与粘液控制微生物行为的能力有关。这些糖分子(一种寡糖)附着在被称为粘蛋白的蛋白质上,粘蛋白是一种形成粘液的凝胶,可以形成类似牙刷的结构。粘液相关的聚糖很少被研究,但里贝克认为它们可能在她观察到的粘液微生物清除中起主要作用。

为了探索这种可能性,她分离多糖并将其暴露于铜绿假单胞菌。细菌暴露于粘蛋白多糖后,其行为发生了广泛的变化,从而降低了其对宿主的危害。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。

这种杀微生物活性对细菌建立感染的能力有重要影响。里贝克已经表明,用粘蛋白和粘蛋白治疗假单胞菌感染的烧伤创面可以减少细菌增殖,表明这些中和剂具有治疗潜力。

里贝克说:“我们已经发现整个粘蛋白具有调节作用,可以引起整个病原体的行为转变,但现在我们可以找出聚糖的分子机制和实体。”

在这些实验中,研究人员收集了数百种多糖,但现在他们计划研究单个多糖的作用,这些多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。里贝克现在正在研究聚糖在调节其他病原体(包括链球菌和白色念珠菌)中的作用,她还在努力识别微生物细胞表面与聚糖相互作用的受体。

她对链球菌的研究表明,聚糖可以阻断水平基因转移,微生物通常利用这一过程传播耐药基因。

里贝克和其他研究人员现在有兴趣利用他们对粘蛋白和聚糖的知识来开发人工粘液,这可能为治疗由粘液丢失或缺陷引起的疾病提供一种新的方法。

里贝克说,利用粘液的力量也可能导致治疗抗生素耐药性感染的新方法,因为它为传统抗生素提供了补充策略。

“我们在这里发现,大自然已经进化出解除困难微生物的能力,而不是杀死它们。这不仅有助于限制耐药性的选择性压力,因为他们没有寻找生存方法的压力,还有助于创造和维持多样化的微生物群。”她说。

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