В последние годы ученые обнаружили доказательства того, что слизь является не просто физическим барьером, который задерживает бактерии и вирусы, но она также может обезоружить патогенные микроорганизмы и предотвращать их развитие. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Microbiology.
Актуальность проблемы
Специализированные молекулы сахара, называемые гликанами, могут разоружать оппортунистические патогены и предотвращать инфекцию.
Более 200 квадратных метров нашего организма, включая пищеварительный тракт, легкие и мочевыводящие пути, покрыты слизью. Среднестатистический человек производит несколько литров слизи каждый день, и до недавнего времени считалось, что эта слизь в основном служит смазкой и физическим барьером.
Материалы и методы обследования
В этом исследовании ученые сосредоточились на взаимодействии гликанов с Pseudomonas aeruginosa, патогенным микроорганизмом, который может вызывать инфекции у пациентов с муковисцидозом и у людей с нарушенной иммунной системой. В новом исследовании ученые хотели выяснить, участвуют ли гликаны в способности слизи контролировать поведение микроорганизмов. Чтобы исследовать эту возможность, ученые изолировали гликаны и объединили их с Pseudomonas aeruginosa.
Результаты научной работы
Новое исследование Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) показывает, что гликаны — разветвленные молекулы сахара, обнаруженные в слизи, — ответственны за большую часть контроля над микроорганизмами. В слизи содержатся сотни различных гликанов, и ученые обнаружили, что эти молекулы могут препятствовать обмену бактериями друг с другом и образованию инфекционных биопленок, эффективно обезвреживая их.
«То, что у нас есть в слизи, — это терапевтическая золотая жила», — комментирует автор исследования Катарина Риббек (Katharina Ribbeck). «Гликаны имеют очень широкие и сложные биологические функции. Они способны регулировать поведение микроорганизмов и действительно настраивать их идентичность».
Результаты исследования показали, что гликаны могут регулировать поведение других микроорганизмов. Тем не менее ученые показали, что слизь на самом деле может влиять на поведение бактерий, препятствуя прикреплению их к поверхности и сообщению друг с другом.
Гликаны — это тип олигосахаридов, которые присоединяются к белкам, называемым муцинами, гелеобразующими строительными блоками слизи, чтобы сформировать структуру, похожую на бутылочную щетку. Связанные со слизью гликаны изучены мало, но Риббек полагает, что они могут играть главную роль в обезвреживающем действии.
При воздействии муциновых гликанов бактерии претерпели значительные изменения в поведении, которые сделали их менее вредными для хозяина. Например, бактерии больше не продуцируют токсины, присоединяются или убивают клетки или экспрессируют гены, необходимые для бактериальной коммуникации. Эта деятельность по обезвреживанию микроорганизмов имела серьезные последствия для способности бактерии вызывать инфекции. Риббек показал, что лечение ожоговых ран, инфицированных псевдомонасом, муцинами и глицинами муцина снижает бактериальную пролиферацию, что указывает на терапевтический потенциал этих нейтрализующих вирулентность агентов.
«Мы видели, что интактные муцины оказывают регуляторное воздействие и могут вызывать поведенческие изменения у целого ряда патогенных микроорганизмов, но теперь мы можем точно определить молекулярный механизм», — говорит Риббек.
Использование искусственной слизи может также привести к новым способам лечения резистентных к антибиотикам инфекций, потому что это предлагает дополнительную стратегию к традиционным антибиотикам. Авторы исследования полагают, что гликаны в слизи также играют ключевую роль в определении состава микробиома — триллионов бактериальных клеток, которые живут внутри человеческого организма. По ее словам, многие из этих микроорганизмов полезны, и гликаны могут обеспечивать их необходимыми питательными веществами или иным образом помогать им процветать. Таким образом, гликаны, ассоциированные со слизью, похожи на многие олигосахариды, содержащиеся в материнском молоке, которые также содержат широкий спектр сахаров, которые могут регулировать поведение микроорганизмов.
Авторы другого исследования утверждают, что кишечные бактерии снижают риск сердечно-сосудистых заболеваний.
