Czy „projektantowy śluz” może być lekiem przyszłości?

Mikrografia świetlna ludzkiego gruczołu ślinowego, komórek śluzu i przewodu

  • Śluz pokrywa wewnętrzne powierzchnie ciała, gdzie działa jak bariera przed patogenami i źródłem pożywienia dla przyjaznych bakterii.
  • Jego głównymi składnikami są mucyny — białka wysadzane cząsteczkami cukru w ​​różnych wzorach, które określają sposób interakcji śluzu z pożytecznymi i chorobotwórczymi mikroorganizmami.
  • Naukowcy stworzyli teraz platformę komórkową do produkcji tych mucyn o określonych właściwościach na zamówienie.
  • Naukowcy mogliby wykorzystać platformę do opracowania opartych na mucynie metod leczenia infekcji wirusowych i bakteryjnych.

Śluz jest śluzowatym materiałem o szerokim zakresie funkcji życiowych na styku ciała ze światem zewnętrznym.

Opłaszcza komórki wyściełające płuca, jelita i narządy płciowe, gdzie stanowi barierę przed szkodliwymi substancjami i działa jak smar.

W jelicie, podobnie jak na innych powierzchniach ciała, śluz pełni również funkcję strażnika, wykluczając patogeny i przepuszczając pożyteczne mikroorganizmy.

Głównymi składnikami śluzu są mucyny, czyli białka ozdobione charakterystycznymi wzorami cząsteczek cukru.

Stanowią one nie tylko źródło pożywienia dla bakterii, ale mogą również działać jako kotwice utrzymujące je na miejscu, gdy wiążą się z cząsteczkami w ścianach komórek bakterii zwanych adhezynami.

Wiążąc się z adhezynami patogenów, mucyny wydzielane do płynów, takich jak ślina i łzy, mogą zapobiegać zlepianiu się tych drobnoustrojów. Mucyny mogą również rozpuszczać „biofilmy” patogenów.

Biofilmy to agregacja bakterii, które współpracowały, tworząc cienkie powłoki na zębach i innych powierzchniach tkanek. W niektórych przypadkach biofilmy mogą mieć negatywny wpływ na zdrowie.

Wzorce cząsteczek cukru na mucynach odgrywają zatem istotną rolę w określaniu interakcji organizmu z mikroorganizmami.

Mucyny są jednak trudne do wyizolowania i zbadania, więc nasza wiedza na temat ich działania jest ograniczona.

Teraz zespół naukowców opracował sposób na stworzenie ludzkich mucyn, które wykazują określone wzorce cząsteczek cukru.

Zespół kierowany przez naukowców z Copenhagen Centre for Glycomics może teraz genetycznie zaprogramować hodowle laboratoryjne ludzkich embrionalnych komórek nerkowych w celu wytworzenia mucyn, które wiążą się z określonymi adhezynami bakteryjnymi.

Ich prace pojawiają się w Nature Communications.

Mucyny na receptę

Autorzy uważają, że pewnego dnia lekarze mogą przepisać mucyny, które albo promują wzrost gatunków pożytecznych, albo hamują gatunki wywołujące choroby.

„Niesamowita liczba chorób ma związek z florą jelitową, ale wciąż niewiele wiemy o tym, jak możemy kontrolować florę jelitową w leczeniu chorób. W tym miejscu syntetyczne mucyny mogą otworzyć nowe możliwości leczenia” – mówi Yoshiki Narimatsu, profesor nadzwyczajny glikobiologii na Uniwersytecie w Kopenhadze i jeden z głównych autorów badania.

„Ostatecznie można sobie wyobrazić wykorzystanie mucyn jako materiału prebiotycznego, czyli jako cząsteczek, które pomagają dobrym bakteriom w organizmie” – dodaje.

Naukowcy spekulują również, że sztuczne mucyny mogą być stosowane zamiast antybiotyków w leczeniu infekcji bakteryjnych.

Na przykład lekarze mogliby zastosować syntetyczne wersje mucyn w ślinie i łzach, aby wypłukać bakterie, które w przeciwnym razie utworzyłyby szkodliwe biofilmy.

„Wyobrażamy sobie, że zamiast antybiotyków można na przykład wytwarzać krople do oczu z mucyną, która normalnie usuwa bakterie w leczeniu infekcji oczu” – mówi dr Narimatsu.

Konkurs na wirusa grypy

Mucyny można nawet zastosować, aby konkurować ze zwykłym wirusem grypy i zapobiegać infekowaniu komórek wyściełających nos, tchawicę i płuca.

Aby zainfekować komórki w drogach oddechowych, wirus przyczepia się do cząsteczek cukru zwanych kwasami sialowymi w błonach komórkowych.

Aby jednak uwolnić nowo powstałe cząsteczki wirusa i kontynuować infekcję, wirus musi użyć enzymu, który zerwie swoje przywiązanie do kwasów sialowych.

„Mucyny zawierają ogromne ilości kwasów sialowych” – powiedział współautor, prof. Henrik Clausen, "Detonic.shop".

Kwasy te nie tylko wiążą się z wolnymi cząsteczkami wirusa, co zapobiega ich blokowaniu się na komórkach gospodarza w nosie, płucach lub obu – konkurują również o użycie enzymu, który uwalnia nowe cząsteczki wirusa.

„W tym artykule badamy jedynie wpływ na uwalnianie wirusa i stwierdzamy, że specyficzne mucyny z kwasem sialowym blokują uwalnianie wirusa grypy, a tym samym jego zdolność do rozprzestrzeniania się i rozprzestrzeniania infekcji” – prof. Clausen wyjaśnił.