Tokom sezone prehlade i gripa, višak sluzi je uobičajen, neprijatan simptom bolesti, ali klizava supstanca je neophodna za ljudsko zdravlje. Da bi bolje razumeli njegove brojne uloge, istraživači su sintetizovali glavnu komponentu sluzi, proteine obložene šećerom koji se nazivaju mucini, i otkrili da promena mucina zdravih ćelija tako da liče na ćelije raka čini da zdrave ćelije deluju više poput raka.
Istraživač je svoje rezultate predstavio na prolećnom sastanku Američkog hemijskog društva (ACS).
„Stotinama godina sluz se smatrala otpadnim materijalom ili jednostavnom barijerom“, kaže Džesika Kramer, profesor biomedicinskog inženjerstva koja je vodila studiju. I zaista, služi kao barijera, regulišući transport malih molekula i čestica do epitelnih ćelija koje se nalaze ispod respiratornog i digestivnog trakta. Ali takođe čini mnogo više.
Studije pokazuju da su sluz i mucini biološki aktivni, da igraju ulogu u imunitetu, ponašanju ćelija i odbrani od patogena i raka. Kramerov tim sa Univerziteta Juta, na primer, nedavno je otkrio da specifični šećeri vezani za mucine inhibiraju infekciju koronavirusom u ćelijskoj kulturi.
„Deo izazova proučavanja sluzi i mucina uopšte je to što oni imaju prilično različite strukture proteina“, objašnjava Kramer. Iako ljudi dele više od 20 mucinskih gena, ti geni se različito eksprimiraju u različitim tkivima i spajaju se da bi se generisao niz proteina. Pored toga, ćelije modifikuju te proteine na bezbroj načina sa različitim šećerima kako bi zadovoljile potrebe tela.
Komplikuje sliku, genetski faktori sami po sebi ne određuju sastav mucina. Faktori ishrane i životne sredine takođe mogu uticati na to koji se šećeri vezuju za ove proteine. Dakle, sastav sluzi može značajno da varira od osobe do osobe, iz dana u dan, i od tkiva do tkiva, što sve otežava identifikaciju bioloških efekata bilo kog datog mucina.
Da bi proučavali svojstva mucina, istraživači mogu sakupljati sluz od životinja u klanicama, kaže Kramer. „Ali na kraju, to je prilično radno intenzivan i težak za prečišćavanje. A u procesu berbe, obično se poremete lepljiva, sluzava svojstva.“
Kao alternativa, mucini se mogu kupiti u slobodnoj prodaji, objašnjava Kramer. Ali pošto varijabilnost od serije do serije može dovesti do problema sa eksperimentalnom ponovljivošću, potrebne su metode za pouzdanu proizvodnju sintetičkih mucina u obimu i po razumnoj ceni.
U nedostatku jednostavne genetske metode za proizvodnju pojedinačnih mucina, Kramerova laboratorija je kombinovala sintetičku hemiju i bakterijske enzime da bi stvorila jezgro polipeptida, a zatim selektivno dodala šećere da bi stvorila jedinstvene sintetičke mucine.
Ovo omogućava istraživačima da testiraju fizička, hemijska i biološka svojstva pojedinačnih tipova molekula mucina i identifikuju uticaj promene pojedinačnih šećera ili proteinskih sekvenci.
Kramer, zajedno sa laboratorijom saradnice Džodi Rozenblat na Kraljevskom koledžu u Londonu, primenjuje mucine svog tima na pitanja biologije raka. Naučnici posebno istražuju uticaj mucina na najranije faze formiranja tumora.
Prethodne studije u drugim laboratorijama pokazale su da mucini ugrađeni u površinu ćelija raka podstiču metastaze, širenje raka na druga tkiva u telu. Ovi mucini takođe mogu pomoći ćelijama raka da izbegnu odbranu imunog sistema blokiranjem aktivacije imunih ćelija.
„Mi gradimo sintetičke mucine da bismo razumeli kako hemijski aspekti ovih proteina utiču na ponašanje ćelija raka“, objašnjava Kramer. „Nije bilo moguće proučavati ove stvari ranije jer ne možemo kontrolisati molekularna svojstva mucina koristeći tradicionalne genetske i biohemijske metode.“
Normalno, kako ne-kancerogene epitelne ćelije rastu, one se skupljaju, a neke se eliminišu iz epitelnog sloja kako bi se održala konzistentna i stabilna struktura tkiva. Kada je Kramerov tim konstruisao ćelije da imaju glomaznu površinu bogatu mucinom sličnu površini ćelija raka, ćelije su prestale da se normalno ekstrudiraju i nagomilale su se, formirajući ono što je izgledalo kao početak tumora.
Kramer brzo primećuje, međutim, da njen tim nije utvrdio da li se genetika ćelija promenila, tako da još ne mogu definitivno da kažu da li su zdrave ćelije transformisane u ćelije raka. Te studije su u toku.
Uvidi će biti ključni za razvoj mogućih tretmana raka koji ciljaju na mucine, jer će pomoći da se istakne koji delovi molekula mucina su najvažniji za formiranje tumora.
Naučnici su decenijama pokušavali da naprave terapiju za ciljanje mucina, ali to nije dobro funkcionisalo, delom zato što grupe šećera na molekulima nisu u potpunosti uzete u obzir, kaže Kramer.
„Za vakcinu, ne možemo uzeti u obzir samo sekvencu proteina jer tako molekul ne izgleda za imunološki sistem. Umesto toga, kada imunološka ćelija udari u površinu ćelije raka, ona će prvo videti šećere, a ne proteinska kičma.“ Stoga ona veruje da će efikasna vakcina morati da cilja te šećere mucina.
Osim raka, sposobnost da se pouzdano modifikuje sekvenca proteina i šećera i proizvodi skalabilne količine sintetičkih mucina nudi mogućnosti za razvoj ovih molekula kao antiinfektivnih sredstava, probiotika i terapija za podršku reproduktivnom i ženskom zdravlju, kaže Kramer.
