研究揭示粘液如何馴服微生物

馬薩諸塞州劍橋——我們身體的200多平方米(包括消化道、肺部和泌尿道)布滿了黏液。近年來，科學家們發(fā)現(xiàn)了一些證據(jù)，證明粘液不僅是捕捉細菌和病毒的物理屏障，而且可以解除病原體的武裝，防止它們引起感染。

麻省理工學院的一項新研究表明，多糖(在粘液中發(fā)現(xiàn)的分支糖分子)是這種微生物馴化的主要原因。粘液中有數(shù)百種不同的多糖。麻省理工學院的研究小組發(fā)現(xiàn)，這些分子可以阻止細菌之間的交流，形成傳染性生物膜，從而有效地使它們無害。

麻省理工學院馬克海曼生物工程發(fā)展教授卡塔琳娜馬克海曼說：“我們在粘液中發(fā)現(xiàn)了治療金礦。“這些多糖具有非常廣泛和復(fù)雜的生物功能。他們有能力調(diào)節(jié)微生物的行為，真正調(diào)節(jié)其特性?！?

在今天發(fā)表于《自然微生物學》的這項研究中，研究人員關(guān)注了多糖和銅綠假單胞菌之間的相互作用，銅綠假單胞菌是一種機會性病原體，可導致囊性纖維化患者和免疫系統(tǒng)受損的人感染。里貝克實驗室目前的研究表明，多糖還可以調(diào)節(jié)其他微生物的行為。

論文003010的主要作者是麻省理工學院的研究生Chersi Wheeler。

強大的防御者

一般來說，人們每天會產(chǎn)生幾升粘液。直到最近，這種粘液被認為主要用作潤滑劑和物理屏障。然而，里貝克和其他研究表明，粘液實際上會干擾細菌的行為，從而阻止微生物附著在表面并相互交流。

在這項新的研究中，里貝克希望測試聚糖是否與粘液控制微生物行為的能力有關(guān)。這些糖分子(一種寡糖)附著在被稱為粘蛋白的蛋白質(zhì)上，粘蛋白是一種形成粘液的凝膠，可以形成類似牙刷的結(jié)構(gòu)。粘液相關(guān)的聚糖很少被研究，但里貝克認為它們可能在她觀察到的粘液微生物清除中起主要作用。

為了探索這種可能性，她分離多糖并將其暴露于銅綠假單胞菌。細菌暴露于粘蛋白多糖后，其行為發(fā)生了廣泛的變化，從而降低了其對宿主的危害。例如，它們不再產(chǎn)生毒素、附著或殺死宿主細胞或表達細菌交流所必需的基因。

這種殺微生物活性對細菌建立感染的能力有重要影響。里貝克已經(jīng)表明，用粘蛋白和粘蛋白治療假單胞菌感染的燒傷創(chuàng)面可以減少細菌增殖，表明這些中和劑具有治療潛力。

里貝克說：“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)整個粘蛋白具有調(diào)節(jié)作用，可以引起整個病原體的行為轉(zhuǎn)變，但現(xiàn)在我們可以找出聚糖的分子機制和實體?！?

在這些實驗中，研究人員收集了數(shù)百種多糖，但現(xiàn)在他們計劃研究單個多糖的作用，這些多糖可能與不同的途徑或微生物發(fā)生特異性相互作用。

細菌相互作用

銅綠假單胞菌只是健康粘液不斷檢查的許多機會性病原體之一。里貝克現(xiàn)在正在研究聚糖在調(diào)節(jié)其他病原體(包括鏈球菌和白色念珠菌)中的作用，她還在努力識別微生物細胞表面與聚糖相互作用的受體。

她對鏈球菌的研究表明，聚糖可以阻斷水平基因轉(zhuǎn)移，微生物通常利用這一過程傳播耐藥基因。

里貝克和其他研究人員現(xiàn)在有興趣利用他們對粘蛋白和聚糖的知識來開發(fā)人工粘液，這可能為治療由粘液丟失或缺陷引起的疾病提供一種新的方法。

里貝克說，利用粘液的力量也可能導致治療抗生素耐藥性感染的新方法，因為它為傳統(tǒng)抗生素提供了補充策略。

“我們在這里發(fā)現(xiàn)，大自然已經(jīng)進化出解除困難微生物的能力，而不是殺死它們。這不僅有助于限制耐藥性的選擇性壓力，因為他們沒有尋找生存方法的壓力，還有助于創(chuàng)造和維持多樣化的微生物群?！彼f。

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