Unsere Verteidigung wie Bakterien vorbeikommen

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Schleim ist mehr als Brutto-es ist eine wichtige Barriere gegen Krankheit, fangen viele Keime, die Ihren Körper eindringen möchten. Ein nass Netz von Schleim, antiseptisch Enzyme und Proteine und Salze ist, was verhindert, dass wenige Mikroben verheerend auf viele unserer am stärksten exponierten Geweben.

Helicobacter Pylori ist einer der wenigen. Die winzige, Korkenzieher-geformte Mikrobe bohrt sich durch den Schleim, der den sauren Kessel des menschlichen Magens, Kolonien auf die Zellen unten die Linien.

Nach der Invasion der Magenschleimhaut, H. Pylori verursacht persistent, Low-Grade Reizung, die im Laufe der Zeit zu Geschwüren, führen kann und unbehandelt zu Krebs.

Boston Universität (BU) Physiker Rama Bansil — zusammen mit Studenten und Kollegen aus BU, Harvard Medical School und MIT – vor kurzem half entdecken, wie H. Pylori durch unsere Verteidigung bekommt. Die Erkenntnisse könnten uns Schutz vor dieser Keim, sowie viele andere helfen.

Seit Jahrzehnten Bansil hat das Studium der Physik von Gelen und seit 1990 eine Gel bestehend aus hauptsächlich Mucin, die Glyco-Proteine (Eiweiß und Zucker komplexe) Schleim.

"Die Schleimstoffe aus verschiedenen Organen sind insgesamt ähnlich, aber sie haben leicht unterschiedliche Strukturen und Eigenschaften abhängig von, wo sie im Körper gefunden werden", sagte Bansil. "Einige werden Gel, andere nicht. Sie sind auf ihre Funktion abgestimmt. Es ist in Fisch, es ist in Schnecken, Schnecken verwenden es um zu bewegen. " In der Tat alle Wirbeltiere produzieren Mucin und vielen menschlichen Krankheiten betreffen das Material.

Bansil Studien sind so verbunden mit Mucin geworden – vor allem des Magens – einige ihrer Kollegen finden Sie in ihrem Labor als Rotz Research Lab.

"In gewisser Weise ich denke mein Einstieg in Magen Forschung war Serendipity," Bansil sagte. Vor zwanzig Jahren näherte fast Kollegen ihr auf der Suche nach einem Gel-Experte, eine Ergänzung zu einem interdisziplinären Team zur Untersuchung des Schleims in unser Verdauungssystem.

Als die Forscher tiefer eintauchen in die Forschungsprobleme begann, erkannten sie, dass sie brauchten mehr Mitarbeiter und Techniken, die helfen, Antworten zu finden.

"Sie kann einfach nicht mit groben Schleim funktionieren", sagte Bansil. "Für Magen Schleim, reinigen, um den Wirkstoff zu erhalten die Mucin ist eine mühsame Aufgabe. Das mag sein, warum gibt es sehr wenige Gruppen studiert Biophysik der Mucin. Proteinchemie ist ein riesiges Feld, aber das Studium der Mucin selbst ist nicht so weit – es ist ein sehr kompliziertes Protein. " In der Tat wurden viele der führenden Studien auf Mucin im Ausland in Europa durchgeführt.

"Unser Team nur wenige Mitarbeiter an der BU-School of Medicine, ursprünglich", sagte Bansil. Der medizinische Teil der Gruppe später nach Harvard Medical School, und jetzt zum Team gehören auch Forscher am MIT. (Das gesamte Team wird in einer kürzlich veröffentlichten Pressemitteilung aufgeführt).

"Ich würde Kollegen sagen, dass wir waren auf der Suche auf dieses interessante Problem gab ich viele Gespräche über das warum der Magen selbst verdauen nicht und dies half Kollegen rekrutieren. Die erste Person, die ich in die Enge getrieben war die Person im Labor neben mir; wir gemeinsam Rasterkraftmikroskopie."

Die Mikroskopie erlaubt das Forschungsteam, Schleim aus nächster Nähe zu sehen, und offenbart die Struktur der einzelnen Mucin Moleküle.

Nach mehreren Jahren des Arbeitens, die grundlegenden physikalischen Eigenschaften des Mucin und wie jene Proteine vor der Magensäure schützen wollte das Forschungsteam Mucin Beziehungen zur Krankheit zu verfolgen.

Es war im Jahr 1993 — wenn Bansil stieß auf einen Artikel in der New Yorker auf den Link zwischen H. Pylori und Geschwüren –, die sie beschlossen, das Geheimnis der Magen Schleim wie H. Pylori durchläuft anzugehen. Jedoch dauerte es mehr als zehn Jahre bevor die Forscher eigentlich mit Bakterien begann.

H. Pylori ist ein beliebtes Thema für ein Studium in den letzten Jahren, insbesondere nach der Erforschung der Pathologe Robin Warren und klinische Forscher Barry Marshall, beide von Perth, Western Australia, in den frühen 1980er Jahren gewesen. Warren und Marshall verknüpft endgültig die Bakterien in den Magen und zu Geschwüren, die anhaltende Überzeugung, dass Bakterien nicht in einem sauren Milieu gedeihen könnte umkippen. Schließlich gewann die beiden Forscher 2005 den Nobelpreis für Medizin für ihre Bemühungen.

Viele Forscher haben weiter untersucht, H. Pylori, das lernen mehr über ihre Struktur, wie sie gedeiht und sogar, wie es von Magensäure wehrt. Doch bisher hatte niemand erkundet, wie es durch die klebrige Gele der Magen Schleim gereist.

Konventionelle Weisheit hielt, die Korkenzieher-förmigen H. Pylori stützt sich auf seine Form zu drehen und Bohren ihren Weg durch Schleim.

Stattdessen, als Teil der Diplomarbeit von BU Doktorand Jonathan Celli, fanden die Forscher, dass die Bakterien in einer Art und Weise mehr schwimmen, wie andere Bakterien mit peitschenartige Schwänzen, H. Pylori nur Änderungen seiner Umgebung um Bewegung zu ermöglichen.

"Wir haben herausgefunden, dass das es sich nicht wie ein Korkenzieher bewegt – jeder dachte es tat... und die gleichen Biochemie, die für das Überleben verwendet macht es möglich für sie zu bewegen," erklärt Bansil. "Diese beiden Funktionen sind untrennbar miteinander verbunden. Es ist chemisch Beeinflussung der Umwelt, und dann ist es im Grunde wirkt wie ein Schneepflug, durch die Veränderung seiner Umgebung bewegen."

H. Pylori sondert die Enzym Urease, das mit Harnstoff im Magen zu produzieren Ammoniak reagiert – das Ammoniak ist was neutralisiert die Säuren in der unmittelbaren Umgebung. Das weniger saure Milieu de-Gele Mucin, so dass die Mikrobe zu bereisen sie mit standard, Flagellen-basierte Fortbewegung, viel wie andere Bakterien schwimmen.

Um ihre Ergebnisse zu bestätigen, die Forscher H. Pylori in einer sauren Mucin-Gel in einer Laborumgebung gelegt. Während seiner Flagellen zog, konnte der Organismus nicht. Nachdem die Mikroben sekretierten Urease und Säure vermindert, konnten die Mikroben durch das Gel zu schmieden.

Bansil und ihre Kollegen als nächstes verstehen wollen, den Fortschritt von H. Pylori-Erkrankungen, insbesondere im Zusammenhang mit der lebenden Gastgeber. Das Team plant, an neuen bildgebenden Verfahren arbeiten, die noch detaillierter über die Organismen und wie sie auf den menschlichen Körper schädigen offenbaren kann.

Jonathan Celli, unterstützt durch ein Stipendium NSF GK-12 war Hauptautor der H. Pylori -Ergebnisse in den Proceedings der National Academy of Sciences am 11. August 2009 veröffentlicht.

• Video - flattern bakterielle Flagellen
• Gefälschte Rotz macht elektronische Nase riechen besser
• Bakterien gedeihen in feindlichen menschlichen Leibern

Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.