Отваряне на линиите за комуникация между учените изследователи и по-широката общност

слуз

  • SITN Facebook страница
  • SITN Twitter Feed
  • Страница на SITN Instagram
  • Лекции на SITN в YouTube
  • SITN Подкаст на SoundCloud
  • Абонирайте се за пощенския списък на SITN
  • RSS емисия на уебсайт на SITN

от Джени Женг
фигури на Ребека Клементс

С зимата, която скоро приключва (надяваме се), много от нас са измъчвани от привидно безкрайно хакване, придружено от храчки, вид слуз, произведен от дихателните пътища. Тялото започва да се чувства по-добре след седмица боледуване, но дори и след тази „адска седмица“ трябва да се справим с един последен враг: храчките. Това е такава неприятност, че вероятно просто сме пожелали цялата ни слуз да изчезне, но това пренебрегва факта, че създаването и изкашлянето на храчки е начин белите ни дробове да се отърват от инфекциозни микроби. Ако успеем да помислим отвъд отвратителната храчка, заседнала в гърлото ни, можем да започнем да оценяваме, че телата ни постоянно произвеждат слуз, която да ни помогне да сме здрави. По-специално, слузта може да подпомогне имунната ни система, като действа като естествен филтър за бактериите, с които взаимодействаме постоянно.

И така, какво е слуз?

Слузта е защитно вещество, което се отделя от множество области на тялото, като устата, синусите, гърлото, белите дробове, стомаха и червата (Фигура 1). Самата слуз се състои от множество съставки, но основният й компонент е вещество, наречено муцин. Муцините в слуз могат да работят като селективна бариера, смазка или вискозен материал в зависимост от тяхната структура. Когато структурата и производството на муцин са нормални, слузта защитава повърхностите по цялото ни тяло, което ни помага да живеем заедно с много различни микроби. Въпреки това, заболяването може да настъпи, когато структурата и производството на муцин са необичайни.

Фигура 1: Защитна слуз се намира по цялото тяло. Увеличеното изображение вдясно е анимационно изображение на повърхностите на тези части на тялото. Розовите петна са епителни клетки, които са външният слой на клетките в много части на тялото. Слузта (жълтият облак над розовите петна) покрива повърхността на клетката и съдържа муцини (кафяви линии), които определят нейните свойства.

Как може слузта да предотврати заболяването?

Изследователската група на професор Катарина Рибек в Масачузетския технологичен институт иска да разбере ползите от слуз и в резултат на това е разкрила интересни свойства на муцините. Групата на Рибек е пречистила естествената слуз от свинския стомах, за да получи муцин, известен като MUC5AC. Този муцин, получен от свине, е свързан с MUC5AC, намиращ се в множество части на човешкото тяло, като дихателните пътища, стомаха, жлъчния мехур и женските репродуктивни органи. Тъй като прасетата и хората са тясно свързани, функцията на съответните MUC5ACs трябва да бъде сходна. Използвайки течности, съдържащи MUC5AC, те изследваха взаимодействието между муцин и микроби в нашите бели дробове и червата и дали муцините може да предотвратяват някои от тези микроби да причинят заболяване.

Един такъв микроб е бактерията, наречена Pseudomonas aeruginosa, която живее в белите ни дробове и често е безвредна, когато се среща при здрави индивиди. Въпреки това, той може да причини белодробни инфекции при пациенти с болест, наречена муковисцидоза, която се характеризира с необичайно производство на слуз. Тези инфекции се изострят, когато P. aeruginosa започне да образува лепкави групи бактерии, известни като биофилми по повърхностите на белите дробове. Образуването на биофилми често е свързано с повишена вирулентност (т.е. способността на микроба да причинява заболяване), а групите бактерии в биофилмите са по-устойчиви на антибиотици. Следователно, биофилмите причиняват инфекциите по-агресивни и по-трудни за лечение. Можем ли да намерим начин да предотвратим образуването на биофилм, за да помогнем на тези пациенти?

Voila! Групата на Рибек установява, че MUC5AC може да предотврати белодробни инфекции, като направи прикрепването на повърхността по-предизвикателно, което може да предотврати образуването на биофилм от P. aeruginosa. Конвенционалната мъдрост би ни накарала да вярваме, че слузът потиска образуването на биофилми, като улавя бактерии, прави ги неподвижни и предотвратява агрегацията. Напротив, групата на Рибек определи, че истинският механизъм може да е противоположен на тази интуитивна мисъл. В по-вискозния разтвор MUC5AC те видяха, че бактериите всъщност се движат по-бързо. Тази повишена подвижност (способност за движение) намалява образуването на биофилми, тъй като по-рядко се движат клетките (Фигура 2), което прави бактериите по-малко опасни. Имаме късмет, че има слуз, която ни предпазва от потенциално неприятни бактерии.

Фигура 2: Слузта нарушава образуването на биофилми. При здрави индивиди (лявата кутия) бактерията P. aeruginosa (сини цилиндрични предмети с опашки) може да се движи, тъй като самият муцин се свързва с бактерията, действайки като сигнал за бактерията да увеличи подвижността чрез използването на бичури ( опашките на снимката). В болно състояние (дясна кутия), или без слуз, или с необичайна слуз, клетките могат да се слепват и да образуват биофилми.

Друг микроб, направен по-малко опасен от слуз, е мая, наречена Candida albicans, която може да живее на места като червата, устата и вагината. C. albicans може да причини инфекция, наречена кандидоза (известна също като инфекция на млечница или дрожди, когато е в устата или влагалището, съответно), но се намира в червата или устата на 80% от възрастните, без да причинява вреда. Ако обаче здрав човек се зарази с друга болест, която отслабва имунната система или променя производството на слуз, C. albicans може или да се агрегира в биофилми, или да образува хифи, които позволяват на дрождите да нахлуят в човешките клетки (увреждайки клетките и осигурявайки достъп на дрождите до кръвен поток). Когато се позволи на C. albicans да прераства в тези форми, резултатът може да бъде фатален. Вирулентността на C. albicans е свързана със способността му да нахлува в клетките чрез образуване на хифи и биофилми, така че групата на Ribbeck тества ефекта на множество муцини (включително MUC5AC) върху поведението на C. albicans. Подобно на P. aeruginosa, те установиха, че излагането на муцин намалява вирулентността чрез смекчаване на образуването на биофилми. Те също така забелязват, че предотвратява образуването на хифи, което допълнително намалява вирулентността.

Диагностичен потенциал

Видяхме, че слузът е много полезен за нашето здраве, когато структурата и производството му са нормални. Има обаче моменти, когато хората се разболяват и производството на муцин става ненормално. Болен човек може да произвежда нетипична слуз, която може да се прояви като промени в количеството или структурата на съставните муцини. Когато структурата на муцин се промени, способността му да потиска вирулентността на патогените може да бъде отслабена или силата (характеризираща се с вискозитет и фиброзност) на самата слуз може да се промени. В тези случаи, въпреки че муцинът може да не ни защитава толкова ефективно, той може да се използва като индикатор за заболяване или повишена чувствителност към болести. Един пример за използване на слуз като диагностичен инструмент е анализът (също направен от групата на Рибек) на структурните свойства на цервикалната слуз за оценка на риска от преждевременно раждане. Ако цервикалната слуз е структурно по-слаба (по-тънка и по-разтеглива) и по-пропусклива - което би позволило на повече бактерии да пътуват през слузта - тогава бременните жени имат по-висок риск от преждевременно раждане; по-силната слуз, от друга страна, показва по-малък риск от преждевременно раждане. Само като наблюдават слуз, лекарите могат по-точно да предвидят кои бременни жени трябва да се наблюдават за преждевременно раждане.

Бъдещето

Тази статия за слуз е само върхът на айсберга; както уроците, които можем да извлечем от слуз, така и потенциалните му употреби изглеждат неограничени. Може би един ден ще успеем да изследваме неизследваната територия на здрави донори, осигуряващи слуз, за ​​да предотвратим образуването на биофилм от P. aeruginosa при пациенти с муковисцидоза, които произвеждат абнормна слуз. Това потенциално би могло да допринесе много за повишаване на ефективността на антибиотичните лечения и за намаляване на риска от инфекция.

Колкото повече научавам за слузта, толкова повече осъзнавам колко важна е тя. Така че, следващия път, когато изкашляме храчки, може би си спомнете как слузта ни помага и оценете това, което излиза.