Gleivės yra ne tik lipni medžiaga: joje yra daugybė galingų molekulių, vadinamų gleivinais, kurie padeda sutramdyti mikrobus ir užkirsti kelią infekcijai. Naujame tyrime MIT tyrėjai nustatė mucinus, kurie ginasi nuo salmonelių ir kitų bakterijų, sukeliančių viduriavimą.
Dabar tyrėjai tikisi imituoti šią gynybos sistemą, kad sukurtų sintetinius mucinus, kurie galėtų padėti išvengti ligų ar gydyti kareivius ar kitus žmones, kuriems gresia Salmonella. Tai taip pat galėtų padėti išvengti „keliautojo viduriavimo“ – virškinimo trakto infekcijos, kurią sukelia užterštas užterštas maistas ar vanduo.
Gleivinės yra buteliuko šepetėlių formos polimerai, pagaminti iš sudėtingų cukraus molekulių, žinomų kaip glikanai, kurie yra pririšti prie peptido stuburo. Šiame tyrime tyrėjai išsiaiškino, kad mucinas, vadinamas MUC2, išjungia genus, kuriuos Salmonella naudoja norėdamas patekti ir užkrėsti ląsteles šeimininkams.
„Naudodamiesi ir performatuodami šį natūralios įgimtos imuninės sistemos motyvą, tikimės sukurti strategijas, kaip užkirsti kelią viduriavimui, kol jis net neprasidės. Šis požiūris galėtų suteikti pigų sprendimą dideliam pasauliniam sveikatos iššūkiui, kuris kasmet kainuoja milijardus kasmet prarastų produktyvumo, sveikatos priežiūros išlaidų ir žmonių kančių, susijusių su Senierane ir Seniero autoriumi.
MIT tyrimų mokslininkė Kelsey Wheeler, Ph.D. '21, ir Michaela Gold, Ph.D. '22, yra pagrindiniai popieriaus autoriai, kurie rodomi žurnale Ląstelių ataskaitos.
Užblokuojanti infekcija
Gleivinės linijuoja didžiąją kūno dalį, užtikrinant fizinę infekcijos kliūtį, tačiau tai dar ne viskas. Per pastarąjį dešimtmetį Ribbeckas nustatė mucinus, kurie gali padėti nuginkluoti vibrio cholerae, taip pat Pseudomonas aeruginosa, kuris gali užkrėsti plaučius ir kitus organus bei mielo Candida albicans.
Naujajame tyrime tyrėjai norėjo ištirti, kaip virškinimo trakto mucinai gali sąveikauti su Salmonella enterica – maistu plintančiu patogenu, kuris gali sukelti ligą, vartojant žalią ar nepakankamą maistą, arba užterštą vandenį.
Norėdami užkrėsti ląsteles-šeimininkes, Salmonella turi gaminti baltymus, kurie yra 3 tipo sekrecijos sistemos (T3SS) dalis, kuri padeda bakterijoms sudaryti į adatą panašius kompleksus, kurie bakterinius baltymus perduoda tiesiai į ląsteles-ląsteles. Visi šie baltymai yra užkoduoti ant DNR segmento, vadinamo Salmonella patogeniškumo sala 1 (SPI-1).
Tyrėjai nustatė, kad kai Salmonella veikė MUCIN, vadinamą MUC2, kuris randamas žarnyne, bakterijos nustojo gaminti baltymus, užkoduotus SPI-1, ir jie nebegalėjo užkrėsti ląstelių.
Tolesni tyrimai atskleidė, kad MUC2 tai pasiekia išjungdamas reguliuojamąjį bakterijų baltymą, žinomą kaip Hild. Kai šį baltymą blokuoja mucinai, jis nebegali suaktyvinti T3SS genų.
Naudodamiesi skaičiavimo modeliavimu, tyrėjai parodė, kad tam tikri monosacharidai, rasti glikanuose, įskaitant GLCNAC ir GalNAC, gali pritvirtinti prie specifinės Hild baltymo surišimo vietos. Tačiau jų tyrimai parodė, kad šie monosacharidai negali savarankiškai išjungti Hildo – uždarymas įvyksta tik tada, kai glikanai yra pririšti prie mucino peptido stuburo.
Tyrėjai taip pat sužinojo, kad panašus mucinas, vadinamas MUC5AC, kuris randamas skrandyje, gali blokuoti Hildą. Ir tiek MUC2, tiek MUC5AC gali išjungti virulentiškumo genus kituose maisto plintančiuose patogenuose, kurie taip pat naudoja HILD kaip genų reguliatorių.
Mucinai kaip vaistas
Juostelės ir jos studentai dabar planuoja ištirti būdus, kaip naudoti sintetines šių gleivių versijas, kad padėtų sustiprinti natūralią kūno gynybą ir apsaugoti GI traktą nuo salmonelių ir kitų infekcijų.
Kitų laboratorijų tyrimai parodė, kad pelėms Salmonella linkusi užkrėsti GI trakto dalis, turinčias ploną gleivių barjerą, arba visai nėra barjero.
„Dalis Salmonella vengimo strategijos šiai šeimininkui gynybai yra rasti vietas, kuriose nėra gleivių, ir tada ten užkrėsta. Taigi, galima įsivaizduoti strategiją, kurioje mes bandome sustiprinti gleivių kliūtis, kad apsaugotume tas vietas su ribotu mucinu”, – sako Wheeleris.
Vienas iš būdų dislokuoti sintetinius gleivines galėtų būti pridėti juos prie geriamųjų rehidratacijos druskų – elektrolitų, ištirpusių vandenyje, ir naudojamos dehidratacijai, kurią sukelia viduriavimas ir kitos virškinimo trakto ligos, sumaišymai.
Kitas galimas sintetinių gleivinių pritaikymas būtų įtraukti juos į kramtamąją tabletę, kurią būtų galima suvartoti prieš keliaujant į vietas, kur dažni yra salmonelių ir kitos viduriavimo ligos. Tyrėjai teigia, kad tokia „prieš ekspozicija profilaktika“ galėtų padėti išvengti daug kančių ir prarasti produktyvumą dėl ligos.
„Mucino mimika ypač spindėtų kaip prevencijos priemonės, nes būtent taip kūnas išsivystė gleivės – kaip šios įgimtos imuninės sistemos dalis, siekiant užkirsti kelią infekcijai“, – sako Wheeleris.
Ši istorija yra pakartotinai paskelbta „MIT News“ (Web.mit.edu/Newsoffice/), populiarios svetainės, apimančios naujienas apie MIT tyrimus, inovacijas ir mokymą, sutikimu.