Könnte „Designer-Schleim“ eine Medizin der Zukunft sein?

Lichtmikroskopische Aufnahme von menschlichen Speicheldrüsen, Schleimzellen und einem Gang

  • Schleim bedeckt die inneren Oberflächen des Körpers, wo er als Barriere gegen Krankheitserreger und als Nahrungsquelle für freundliche Bakterien dient.
  • Seine Hauptbestandteile sind Mucine – Proteine, die mit Zuckermolekülen in unterschiedlichen Mustern besetzt sind, die bestimmen, wie der Schleim mit nützlichen und pathogenen Mikroorganismen interagiert.
  • Wissenschaftler haben nun eine zellbasierte Plattform geschaffen, um diese Muzine mit spezifischen Eigenschaften auf Bestellung herzustellen.
  • Forscher könnten die Plattform nutzen, um auf Muzin basierende Behandlungen für virale und bakterielle Infektionen zu entwickeln.

Schleim ist ein schleimiges Material mit vielfältigen lebenswichtigen Funktionen an der Schnittstelle zwischen Körper und Außenwelt.

Es umhüllt die Zellen, die die Lunge, den Darm und den Genitaltrakt auskleiden, wo es eine Barriere gegen schädliche Substanzen bildet und als Schmiermittel wirkt.

Im Darm, wie auch auf den anderen Körperoberflächen, dient Schleim auch als Pförtner, der Krankheitserreger ausschließt und nützliche Mikroorganismen durchlässt.

Die Hauptbestandteile von Schleim sind Mucine, das sind Proteine, die mit charakteristischen Mustern von Zuckermolekülen verziert sind.

Diese stellen nicht nur eine Nahrungsquelle für Bakterien dar, sondern können auch als Anker fungieren, um sie an Ort und Stelle zu halten, wenn sie an Moleküle in bakteriellen Zellwänden binden, die Adhäsine genannt werden.

Durch die Bindung an die Adhäsine von Krankheitserregern können Muzine, die in Flüssigkeiten wie Speichel und Tränen sezerniert werden, verhindern, dass diese Mikroben zusammenklumpen. Mucine können auch die „Biofilme“ der Erreger auflösen.

Biofilme sind eine Ansammlung von Bakterien, die zusammengearbeitet haben, um dünne Beschichtungen auf Zähnen und anderen Gewebeoberflächen zu bilden. In einigen Fällen können Biofilme negative Auswirkungen auf die Gesundheit haben.

Die Muster von Zuckermolekülen auf Mucinen spielen daher eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung, wie der Körper mit Mikroorganismen interagiert.

Mucine sind jedoch schwierig zu isolieren und zu untersuchen, daher ist unser Verständnis ihrer Funktionsweise begrenzt.

Nun hat ein Forscherteam eine Methode entwickelt, um menschliche Muzine zu erzeugen, die bestimmte Muster von Zuckermolekülen aufweisen.

Ein Team unter der Leitung von Forschern des Copenhagen Centre for Glycomics kann nun Laborkulturen menschlicher embryonaler Nierenzellen genetisch so programmieren, dass sie Muzine produzieren, die an spezifische bakterielle Adhäsine binden.

Ihre Arbeit erscheint in Nature Communications.

Mucine auf Rezept

Die Autoren glauben, dass Ärzte eines Tages Mucine verschreiben könnten, die entweder das Wachstum nützlicher Arten fördern oder krankheitserregende Arten hemmen.

„Unglaublich viele Krankheiten haben einen Zusammenhang mit der Darmflora, aber wir wissen noch sehr wenig darüber, wie wir die Darmflora bei der Behandlung von Krankheiten kontrollieren können. Hier könnten synthetische Muzine neue Behandlungsmöglichkeiten eröffnen“, sagt Yoshiki Narimatsu, außerordentlicher Professor für Glykobiologie an der Universität Kopenhagen und einer der Hauptautoren der Studie.

„Letztendlich kann man sich vorstellen, Mucine als präbiotisches Material zu verwenden, also als Moleküle, die den guten Bakterien im Körper helfen“, fügt er hinzu.

Die Forscher spekulieren auch, dass künstliche Muzine anstelle von Antibiotika verwendet werden könnten, um bakterielle Infektionen zu behandeln.

Ärzte könnten beispielsweise synthetische Versionen der Muzine in Speichel und Tränen einsetzen, um Bakterien wegzuspülen, die sonst schädliche Biofilme bilden würden.

„Wir stellen uns vor, dass Sie statt Antibiotika zum Beispiel Augentropfen mit dem Mucin herstellen, das normalerweise die Bakterien bei der Behandlung von Augeninfektionen entfernt“, sagt Dr. Narimatsu.

Konkurrenz für das Grippevirus

Mucine könnten sogar eingesetzt werden, um mit dem gewöhnlichen Grippevirus zu konkurrieren und zu verhindern, dass es Zellen infiziert, die die Nase, die Luftröhre und die Lunge auskleiden.

Um Zellen in den Atemwegen zu infizieren, heftet sich das Virus an Zuckermoleküle, sogenannte Sialinsäuren, in den Zellmembranen.

Um jedoch neu entstandene Viruspartikel freizusetzen und die Infektion fortzusetzen, muss das Virus mithilfe eines Enzyms seine Bindung an die Sialinsäuren aufbrechen.

„Mucine enthalten große Mengen an Sialinsäuren“, sagte Co-Leitautor Prof. Henrik Clausen gegenüber "Detonic.shop".

Diese Säuren binden nicht nur an freie Viruspartikel, was sie daran hindert, sich an Wirtszellen in Nase, Lunge oder beidem zu binden – sie konkurrieren auch um die Verwendung des Enzyms, das neue Viruspartikel freisetzt.

„In dieser Arbeit untersuchen wir nur die Wirkung auf [die] Freisetzung des Virus, und wir stellen fest, dass spezifische Muzine mit Sialinsäuren [die] Freisetzung des Influenzavirus und damit seine Fähigkeit, die Infektion zu verbreiten und zu verbreiten, blockieren“, Prof Clausen erklärt.