Istraživači sa MIT-a identifikovali su molekule pronađene u sluzi koji mogu da blokiraju infekciju kolerom ometajući gene koji uzrokuju prelazak mikroba u štetno stanje.
Ovi zaštitni molekuli, poznati kao glikani, glavni su sastojak mucina, polimera koji formiraju gel koji čine sluz. Tim MIT-a identifikovao je specifičnu vrstu glikana koji može sprečiti Vibrio cholerae da proizvodi toksin koji obično dovodi do teške dijareje.
Ako bi ovi glikani mogli da se isporuče na mesto infekcije, mogli bi da pomognu u jačanju barijere sluzi i spreče simptome kolere, koji pogađaju do 4 miliona ljudi godišnje. Budući da glikani razoružavaju bakterije, a da ih ne ubijaju, mogli bi biti atraktivna alternativa antibioticima, kažu istraživači.
„Za razliku od antibiotika, kod kojih možete razviti otpornost prilično brzo, ovi glikani zapravo ne ubijaju bakterije. Oni samo isključuju gensku ekspresiju toksina virulencije, tako da je to još jedan način na koji se može pokušati lečiti ove infekcije“, kaže Benjamin Vang Ph.D. ’21, jedan od vodećih autora studije.
Julie Takagi Ph.D. ’22 je takođe vodeći autor rada. Katharina Ribbeck, profesor biološkog inženjerstva na MIT-u Andrev i Erna Viterbi, viši je autor studije, koja se danas pojavljuje u časopisu EMBO.
Drugi ključni članovi istraživačkog tima su Rejčel Hevi, naučni saradnik na Univerzitetu u Bazelu; Micheal Tiemeier, profesor biohemije i molekularne biologije na Univerzitetu Džordžije; i Fitnat Iildiz, profesor mikrobiologije i toksikologije životne sredine na Kalifornijskom univerzitetu u Santa Kruzu.
Kroćenje mikroba
Poslednjih godina, Ribbek i drugi su otkrili da sluz, koja oblaže veći deo tela, igra ključnu ulogu u kontroli mikroba. Ribbekova laboratorija je pokazala da glikani — složeni molekuli šećera koji se nalaze u sluzi — mogu da onesposobe bakterije kao što su Pseudomonas aeruginosa i kvasac Candida albicans, sprečavajući ih da izazovu štetne infekcije.
Većina Ribbekovih prethodnih studija bila je fokusirana na patogene pluća, ali u novoj studiji istraživači su skrenuli pažnju na mikrob koji inficira gastrointestinalni trakt. Vibrio cholerae, koji se često širi preko kontaminirane vode za piće, može izazvati tešku dijareju i dehidraciju. Vibrio cholerae dolazi u mnogim sojevima, a prethodna istraživanja su pokazala da mikrob postaje patogen tek kada je inficiran virusom zvanim CTKS fag.
„Taj fag nosi gene koji kodiraju toksin kolere, što je zaista ono što je odgovorno za simptome teške infekcije kolerom“, kaže Vang.
Da bi došlo do ove „toksične konverzije“, CTKS fag mora da se veže za receptor na površini bakterije poznat kao toksin koregulisani pilus (TCP). Radeći sa mucin glikanima prečišćenim iz gastrointestinalnog trakta svinja, tim MIT-a je otkrio da glikani potiskuju sposobnost bakterija da proizvode TCP receptor, tako da CTKS fag više ne može da ga inficira.
Istraživači su takođe pokazali da izlaganje mucin glikanima dramatično menja ekspresiju mnogih drugih gena, uključujući i one potrebne za proizvodnju toksina kolere. Kada su bakterije bile izložene ovim glikanima, nisu proizvodile skoro nikakav toksin kolere.
Kada Vibrio cholerae inficira epitelne ćelije koje oblažu gastrointestinalni trakt, ćelije počinju da prekomerno proizvode molekul koji se zove ciklični AMP. To dovodi do toga da luče ogromne količine vode, što dovodi do teške dijareje. Istraživači su otkrili da kada su izložili ljudske epitelne ćelije Vibrio cholerae koji su bili razoružani mucin glikanima, ćelije nisu proizvodile ciklični AMP niti su počele da propuštaju vodu.
Isporuka glikana
Istraživači su zatim istražili koji specifični glikani mogu delovati na Vibrio cholerae. Da bi to uradili, radili su sa Hevei-ovom laboratorijom na stvaranju sintetičkih verzija najzastupljenijih glikana pronađenih u prirodnim uzorcima mucina koje su proučavali. Većina glikana koje su sintetizovali imaju strukture poznate kao jezgro 1 ili jezgro 2, koje se neznatno razlikuju po broju i vrsti monosaharida koje sadrže.
Istraživači su otkrili da glikani core 2 igraju najveću ulogu u ukroćavanju infekcije kolerom. Procenjuje se da je 50 do 60 procenata ljudi zaraženih Vibrio cholerae asimptomatski, pa istraživači pretpostavljaju da se simptomatski slučajevi mogu javiti kada nedostaju ovi mucini koji blokiraju koleru.
„Naši nalazi sugerišu da se infekcije možda javljaju kada je barijera sluzi ugrožena i nedostaje joj ova posebna struktura glikana“, kaže Ribbeck.
Ona sada radi na načinima za isporuku sintetičkih mucin glikana, verovatno zajedno sa antibioticima, na mesta infekcije. Glikani sami po sebi ne mogu da se prikače za sluzokožu tela, tako da Ribbekova laboratorija istražuje mogućnost vezivanja glikana za polimere ili nanočestice, kako bi im pomogla da se pričvrste za te obloge. Istraživači planiraju da počnu sa plućnim patogenima, ali se takođe nadaju da će primeniti ovaj pristup na crevne patogene, uključujući Vibrio cholerae.
„Želimo da naučimo kako da isporučujemo glikane sami, ali i u kombinaciji sa antibioticima, gde će vam možda trebati pristup sa dva pravca. To je sada naš glavni cilj jer vidimo da na toliko patogena utiču različite strukture glikana“, kaže Ribbek .
