Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Nghiên cứu mới tiết lộ rằng glycans – phân tử đường phân nhánh có trong chất nhầy có thể giúp ngăn vi khuẩn giao tiếp với nhau và hình thành màng sinh học truyền nhiễm, khiến vi khuẩn trở nên vô hại.
Hơn 200 mét vuông của cơ thể chúng ta bao gồm cả đường tiêu hóa, phổi và đường tiết niệu được lót bằng một loại chất nhầy. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã tìm thấy một số bằng chứng cho thấy chất nhầy không chỉ là hàng rào vật lý bẫy vi khuẩn và virus mà còn có thể loại bỏ mầm bệnh và ngăn chúng gây nhiễm trùng.
Một nghiên cứu mới từ MIT tiết lộ rằng glycans – các phân tử đường phân nhánh được tìm thấy trong chất nhầy và nó chịu trách nhiệm đề kháng hầu hết các vi khuẩn này. Có hàng trăm glycans khác nhau trong chất nhầy và nhóm MIT đã phát hiện ra rằng các phân tử này có thể ngăn vi khuẩn giao tiếp với nhau và hình thành màng sinh học truyền nhiễm, khiến chúng trở nên vô hại.
Những gì chúng ta có trong chất nhầy là một mỏ vàng trị liệu. Những glycans này có chức năng sinh học rất rộng và tinh vi. Chúng có khả năng điều chỉnh cách thức vi khuẩn hoạt động và thực sự điều chỉnh danh tính của chúng.
Trong nghiên cứu này, xuất hiện ngày hôm nay trên tạp chí Nature Microbiology , các nhà nghiên cứu đã tập trung vào tương tác của glycans với Pseudomonas aeruginosa , một mầm bệnh cơ hội có thể gây nhiễm trùng ở bệnh nhân xơ nang và những người có hệ thống miễn dịch bị tổn thương. Công việc hiện đang được tiến hành trong phòng thí nghiệm của Ribbeck đã chỉ ra rằng glycans có thể điều chỉnh hành vi của các vi khuẩn khác.
Tác giả chính của bài báo về Vi sinh vật học là sinh viên tốt nghiệp MIT Kelsey Wheeler.
“Hậu vệ” mạnh mẽ
Một người trung bình sản xuất vài lít chất nhầy mỗi ngày và cho đến gần đây chất nhầy này được cho là hoạt động chủ yếu như một chất bôi trơn và hàng rào vật lý. Tuy nhiên, Ribbeck và những người khác đã chỉ ra rằng chất nhầy thực sự có thể can thiệp vào hành vi của vi khuẩn, ngăn chặn vi khuẩn bám vào bề mặt và giao tiếp với nhau.
Trong nghiên cứu mới, Ribbeck muốn kiểm tra xem glycans có liên quan đến khả năng kiểm soát hành vi của vi khuẩn hay không. Những phân tử đường này là một loại oligosacarit gắn vào các protein được gọi là chất nhầy với khối xây dựng dạng gel của chất nhầy để tạo thành một cấu trúc giống như chai. Các glycans liên quan đến chất nhầy ít được nghiên cứu nhưng Ribbeck nghĩ rằng chúng có thể đóng vai trò chính trong hoạt động giải trừ vi khuẩn mà cô đã thấy trước đây từ chất nhầy.
Để khám phá khả năng đó, cô đã phân lập glycans và tiếp xúc với Pseudomonas aeruginosa . Khi tiếp xúc với glycans mucin, vi khuẩn đã trải qua những thay đổi lớn trong hành vi khiến chúng ít gây hại hơn cho vật chủ. Ví dụ, chúng không còn sản sinh độc tố, gắn vào hoặc tiêu diệt tế bào chủ hoặc biểu hiện gen cần thiết cho sự giao tiếp của vi khuẩn.
Hoạt động giải trừ vi khuẩn này đã gây ra hậu quả mạnh mẽ đối với khả năng vi khuẩn này gây nhiễm trùng. Ribbeck đã chỉ ra rằng điều trị vết thương bỏng nhiễm Pseudomonas bằng chất nhầy và glycans mucin làm giảm sự tăng sinh của vi khuẩn cho thấy tiềm năng điều trị của các chất trung hòa độc lực này.
Chúng ta đã thấy rằng các chất nhầy nguyên vẹn có tác dụng điều tiết và có thể gây ra các chuyển đổi hành vi trong toàn bộ các mầm bệnh, nhưng bây giờ chúng ta có thể xác định cơ chế phân tử và các thực thể chịu trách nhiệm cho việc này, đó là glycans.
Trong các thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng bộ sưu tập hàng trăm glycans nhưng giờ họ có kế hoạch nghiên cứu tác động của glycans riêng lẻ, có thể tương tác cụ thể với các con đường khác nhau hoặc các vi khuẩn khác nhau.
Tương tác vi khuẩn
Pseudomonas aeruginosa chỉ là một trong nhiều mầm bệnh cơ hội mà chất nhầy khỏe mạnh giữ trong tầm kiểm soát. Ribbeck hiện đang nghiên cứu vai trò của glycans trong việc điều chỉnh các mầm bệnh khác, bao gồm Streptococcus và nấm Candida albicans. Cô cũng đang nghiên cứu xác định các thụ thể trên bề mặt tế bào vi khuẩn tương tác với glycans.
Công trình nghiên cứu về Streptococcus đã chỉ ra rằng glycans có thể ngăn chặn sự chuyển gen ngang. Đây là một quá trình mà vi khuẩn thường sử dụng để truyền gen cho kháng thuốc.
Ribbeck và các nhà nghiên cứu khác hiện đang quan tâm đến việc sử dụng những gì họ đã học được về chất nhầy và glycans để phát triển chất nhầy nhân tạo có thể đưa ra một cách mới để điều trị các bệnh xuất phát từ chất nhầy bị mất hoặc khiếm khuyết.
Khai thác sức mạnh của chất nhầy cũng có thể dẫn đến những cách mới để điều trị nhiễm trùng kháng kháng sinh bởi vì nó đưa ra một chiến lược bổ sung cho kháng sinh truyền thống.
Những gì chúng ta tìm thấy ở đây là thiên nhiên đã phát triển khả năng giải giáp các vi khuẩn khó khăn thay vì tiêu diệt chúng. Điều này không chỉ giúp hạn chế áp lực chọn lọc để phát triển sức đề kháng vì chúng không bị áp lực phải tìm cách sống sót mà còn giúp tạo và duy trì một hệ vi sinh vật đa dạng.
Ribbeck nghi ngờ rằng glycans trong chất nhầy cũng đóng vai trò chính trong việc xác định thành phần của microbiome với hàng nghìn tỷ tế bào vi khuẩn sống bên trong cơ thể con người. Nhiều vi khuẩn trong số này có lợi cho vật chủ của con người và glycans có thể cung cấp cho chúng các chất dinh dưỡng cần thiết, hoặc nói cách khác là giúp chúng phát triển mạnh, cô nói. Theo cách này, glycans liên quan đến chất nhầy tương tự như nhiều oligosacarit có trong sữa mẹ cũng chứa một loạt các loại đường có thể điều chỉnh hành vi của vi khuẩn.
Đây là một chủ đề có khả năng được quan tâm trong nhiều hệ thống với mục tiêu là hình thành và điều khiển các cộng đồng bên trong cơ thể, không chỉ ở con người mà trên khắp “vương quốc động vật”.
Nghiên cứu được tài trợ bởi Viện nghiên cứu sinh học và tạo hình sinh học quốc gia, Viện sức khỏe quốc gia, Quỹ khoa học quốc gia, Viện khoa học sức khỏe môi trường quốc gia và Trung tâm đổi mới công nghệ MIT Deshpande.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Viện Công nghệ Massachusetts . Bản gốc được viết bởi Anne Trafton. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :