Wie Bakterien unsere Abwehr √ľberwinden

Dieser Artikel von Behind the Scenes wurde in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation an LiveScience übergeben.

Schleim ist mehr als ekelhaft - er ist eine kritische Barriere gegen Krankheiten und fängt viele der Keime ein, die in deinen Körper eindringen wollen. Ein feuchtes Geflecht aus Proteinen, antiseptischen Enzymen und Salzen, Schleim ist es, was alle außer ein paar Mikroben davon abhält, viele unserer am meisten exponierten Gewebe zu verwüsten.

Helicobacter pylori ist einer der wenigen. Die winzige, korkenzieherförmige Mikrobe durchbohrt den Schleim, der den sauren Kessel des menschlichen Magens auskleidet, und bildet Kolonien auf den darunter liegenden Zellen.

Nach dem Eindringen in die Magenschleimhaut, H. pylori verursacht anhaltende, geringgradige Reizung, die im Laufe der Zeit zu Geschwüren führen kann, und wenn sie nicht behandelt werden, zu Krebs.

Der Physiker der Boston University (RU), Rama Bansil, half - zusammen mit Studenten und Kollegen von BU, Harvard Medical School und MIT - kürzlich dabei, herauszufinden, wie H. pylori kommt durch unsere Verteidigung. Die Ergebnisse könnten uns helfen, gegen diesen Keim sowie viele andere zu schützen.

Seit Jahrzehnten erforscht Bansil die Physik von Gelen und seit 1990 ein Gel, das hauptsächlich aus Mucin besteht, dem Glykoprotein (Protein und Zuckerkomplex), das im Schleim gefunden wird.

"Die Mucine der verschiedenen Organe sind insgesamt ähnlich, aber sie haben leicht unterschiedliche Strukturen und Eigenschaften, je nachdem, wo sie im Körper gefunden werden", sagte Bansil. "Manche werden Gel, andere nicht. Sie sind auf ihre Funktion abgestimmt. Es liegt in Fischen, in Nacktschnecken - Schnecken benutzen sie, um sich zu bewegen." Tatsächlich produzieren alle Wirbeltiere Mucin, und viele menschliche Krankheiten betreffen das Material.

Bansils Studien sind so mit Mucin - insbesondere dem Magen - in Verbindung gebracht worden - einige ihrer Kollegen bezeichnen ihr Labor als Snot Research Lab.

"In gewisser Weise glaube ich, dass meine Magen-Darm-Forschung Zufall war", sagte Bansil. Vor fast zwanzig Jahren kamen Kollegen auf sie zu und suchten nach einem Gel-Experten, einem interdisziplinären Team, das den Schleim in unserem Verdauungssystem untersuchen sollte.

Als die Forscher begannen, tiefer in die Forschungsprobleme einzusteigen, erkannten sie, dass sie mehr Kollaborateure und Techniken brauchten, um Antworten zu finden.

"Du kannst nicht einfach mit grobem Schleim arbeiten", sagte Bansil. "Für Magenschleim ist es eine mühsame Aufgabe, ihn zu reinigen, um den Wirkstoff, das Mucin, zu erhalten. Das ist der Grund, warum es nur sehr wenige Gruppen gibt, die die Biophysik von Mucin untersuchen. Die Proteinchemie ist ein riesiges Feld, aber das Studium von Mucin selbst nicht so fortgeschritten - es ist ein sehr kompliziertes Protein. " In der Tat wurden viele der führenden Studien über Mucin im europäischen Ausland durchgeführt.

"Ursprünglich war unser Team nur ein paar Mitarbeiter an der Medizinischen Fakultät der BU", sagte Bansil. Der medizinische Teil der Gruppe wechselte später an die Harvard Medical School, und jetzt umfasst das Team auch Forscher am MIT. (Das vollständige Team ist in einer aktuellen Pressemitteilung aufgeführt).

"Ich würde den Kollegen sagen, dass wir uns dieses interessante Problem angesehen haben, und ich habe viele Gespräche darüber geführt, warum sich der Magen nicht selbst verdaut, und dies half bei der Rekrutierung von Kollegen. Die erste Person, der ich in die Quere kam, war die Person im Labor Ich, wir haben an der Rasterkraftmikroskopie mitgearbeitet. "

Die Mikroskopie ermöglichte es dem Forschungsteam, den Schleim aus der Nähe zu sehen und die Struktur einzelner Mucinmoleküle aufzudecken.

Nach einigen Jahren der Erforschung der grundlegenden physikalischen Eigenschaften von Mucin und wie diese Proteine ‚Äč‚Äčvor Säure im Magen schützen, wollte das Forschungsteam Mucins Beziehungen zu Krankheiten verfolgen.

Es war 1993 - als Bansil einen Artikel im New Yorker über die Verbindung zwischen H. pylori und Geschwüren fand -, dass sie entschied, das Mysterium davon anzugehen H. pylori reist durch Magenschleim. Es dauerte jedoch mehr als zehn Jahre, bis die Forscher tatsächlich mit Bakterien begannen.

H. pylori war in den letzten Jahren ein beliebtes Studienfach, insbesondere nach den Forschungen des Pathologen Robin Warren und des klinischen Forschers Barry Marshall, beide in Perth, Western Australia, Anfang der 1980er Jahre. Warren und Marshall verbanden die Bakterien definitiv mit dem Magen und mit Geschwüren, was die hartnäckige Überzeugung zunichte machte, dass Bakterien in einer so sauren Umgebung nicht gedeihen könnten. Letztendlich gewannen die beiden Forscher 2005 den Nobelpreis für Medizin für ihre Bemühungen.

Viele Forscher haben weiter studiert H. pylori, Erfahren Sie mehr über seine Struktur, wie es gedeiht und sogar, wie es Magensäure abwehrt. Doch bis jetzt hatte niemand erforscht, wie es durch die klebrigen Gele des Magenschleims reiste.

Herkömmliche Weisheit hielt diese Korkenzieher-Form H. pylori vertraut auf seine Form, um sich durch den Schleim zu drehen und zu bohren.

Stattdessen fanden die Forscher im Rahmen der Doktorarbeit des BU-Doktoranden Jonathan Celli heraus, dass die Bakterien in ähnlicher Weise wie andere Bakterien mit peitschenartigen Schwänzen schwimmen, H. pylori ändert nur seine Umgebung, um Bewegung zu ermöglichen.

"Wir haben herausgefunden, dass es sich nicht wie ein Korkenzieher bewegt - alle dachten es wäre ... und die gleiche Biochemie, die es für das Überleben verwendet, macht es möglich, dass es sich bewegt", erklärte Bansil. "Diese beiden Funktionen sind untrennbar miteinander verbunden. Sie beeinflussen chemisch ihre Umgebung und wirken dann wie ein Schneepflug, indem sie ihre Umgebung verändern."

H. pylori Es sezerniert das Enzym Urease, das mit Harnstoff im Magen zu Ammoniak reagiert - das Ammoniak neutralisiert die Säuren in der unmittelbaren Umgebung. Die weniger saure Umgebung de-geliert das Muzin und ermöglicht es der Mikrobe, es durch eine Standard-Fortbewegung auf Flagellenbasis zu durchlaufen, ähnlich wie andere schwimmende Bakterien.

Um ihre Ergebnisse zu bestätigen, platzierten die Forscher H. pylori in ein saures Mucingel in einer Laborumgebung. Während sich seine Flagellen bewegten, konnte der Organismus nicht. Nachdem die Mikroben sekretierte Urease und Säure reduziert, waren die Mikroben in der Lage, durch das Gel zu schmieden.

Bansil und ihre Kollegen wollen als nächstes den Fortschritt von H. pyloriKrankheiten, insbesondere im Zusammenhang mit lebenden Wirten. Das Team plant, an neuen bildgebenden Verfahren zu arbeiten, die noch mehr Details über die Organismen aufdecken und zeigen, wie sie dem menschlichen Körper Schaden zufügen.

Jonathan Celli, unterstützt von einem NSF GK-12-Stipendium, war Hauptautor des H. pylori Ergebnisse veröffentlicht in den Proceedings der National Academy of Sciences am 11. August 2009.

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Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde von der National Science Foundation (NSF) unterstützt, der Bundesbehörde zur Finanzierung von Grundlagenforschung und Bildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Alle in diesem Material geäußerten Meinungen, Erkenntnisse, Schlussfolgerungen oder Empfehlungen sind die des Autors und spiegeln nicht notwendigerweise die Ansichten der National Science Foundation wider. Siehe das Hinter den Kulissen-Archiv.

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