Lepka warstwa zewnętrzna grzybów i bakterii, zwana „matrycą zewnątrzkomórkową” (ECM), ma konsystencję galaretki i działa jak warstwa ochronna i osłonka. Jednak według niedawnego badania opublikowanego w czasopiśmie „iScience”, przeprowadzonego przez Uniwersytet Massachusetts w Amherst we współpracy z Worcester Polytechnic Institute, ECM niektórych mikroorganizmów tworzy żel tylko w obecności kwasu szczawiowego lub innych prostych kwasów. Ponieważ ECM odgrywa ważną rolę we wszystkim, od oporności na antybiotyki, przez zatykanie rur, po zanieczyszczenie urządzeń medycznych, zrozumienie, w jaki sposób mikroorganizmy manipulują swoimi lepkimi warstwami żelowymi, ma szerokie implikacje dla naszego codziennego życia.

„Zawsze interesowały mnie mikrobiologiczne ECM” – powiedział Barry Goodell, profesor mikrobiologii na Uniwersytecie Massachusetts w Amherst i starszy autor artykułu. „Ludzie często postrzegają ECM jako obojętną warstwę ochronną, która chroni mikroorganizmy. Może ona jednak również służyć jako kanał dla składników odżywczych i enzymów do i z komórek mikroorganizmów”.
Powłoka spełnia kilka funkcji: jej lepkość sprawia, że ​​pojedyncze mikroorganizmy mogą się ze sobą łączyć, tworząc kolonie lub „biofilmy”, a gdy zrobi to wystarczająca liczba mikroorganizmów, może to spowodować zatkanie rur lub zanieczyszczenie sprzętu medycznego.
Ale skorupa musi być także przepuszczalna: wiele mikroorganizmów wydziela różne enzymy i inne metabolity przez ECM do materiału, który chcą zjeść lub zainfekować (np. zgniłego drewna lub tkanek kręgowców), a następnie, gdy enzymy zakończą swoją pracę, zadaniem jest trawienie – zwracanie składników odżywczych przez ECM.
Oznacza to, że ECM nie jest jedynie obojętną warstwą ochronną. W rzeczywistości, jak wykazali Goodell i współpracownicy, mikroorganizmy wydają się mieć zdolność kontrolowania lepkości swojej ECM, a tym samym jej przepuszczalności. Jak to robią?
U grzybów wydzieliną wydaje się być kwas szczawiowy, powszechny kwas organiczny występujący naturalnie w wielu roślinach. Jak odkryli Goodell i jego współpracownicy, wiele mikroorganizmów wykorzystuje wydzielany kwas szczawiowy do wiązania się z zewnętrznymi warstwami węglowodanów, tworząc lepką substancję, galaretowatą ECM.
Jednak gdy zespół przyjrzał się bliżej, odkrył, że kwas szczawiowy nie tylko wspomagał produkcję ECM, ale także ją „regulował”: im więcej kwasu szczawiowego mikroby dodawały do ​​mieszaniny węglowodanów i kwasów, tym bardziej lepka stawała się ECM. Im bardziej lepka staje się ECM, tym bardziej blokuje ona przedostawanie się dużych cząsteczek do mikroba lub ich wyprowadzanie, podczas gdy mniejsze cząsteczki pozostają wolne i mogą przedostawać się do mikroba z otoczenia i odwrotnie.
To odkrycie podważa tradycyjne naukowe rozumienie tego, w jaki sposób różne rodzaje związków uwalnianych przez grzyby i bakterie przedostają się z tych mikroorganizmów do środowiska. Goodell i współpracownicy zasugerowali, że w niektórych przypadkach mikroorganizmy mogą być zmuszone do silniejszego polegania na wydzielaniu bardzo małych cząsteczek, aby atakować macierz lub tkankę, od której zależy ich przetrwanie lub zakażenie. Oznacza to, że wydzielanie małych cząsteczek może również odgrywać istotną rolę w patogenezie, jeśli większe enzymy nie mogą przedostać się przez macierz zewnątrzkomórkową mikroorganizmu.
„Wydaje się, że istnieje rozwiązanie pośrednie” – powiedział Goodell – „gdzie mikroorganizmy mogą kontrolować poziom kwasowości, aby dostosować się do danego środowiska, zatrzymując niektóre większe cząsteczki, takie jak enzymy, jednocześnie umożliwiając mniejszym cząsteczkom łatwe przenikanie przez ECM. Modulacja ECM kwasem szczawiowym może być sposobem na ochronę mikroorganizmów przed lekami przeciwdrobnoustrojowymi i antybiotykami, ponieważ wiele z tych leków składa się z bardzo dużych cząsteczek. To właśnie ta zdolność do personalizacji może być kluczem do pokonania jednej z głównych przeszkód w terapii przeciwdrobnoustrojowej, ponieważ manipulacja ECM w celu zwiększenia jej przepuszczalności może poprawić skuteczność antybiotyków i leków przeciwdrobnoustrojowych.

„Jeśli uda nam się kontrolować biosyntezę i wydzielanie małych kwasów, takich jak szczawian, u niektórych drobnoustrojów, będziemy mogli również kontrolować, co trafia do drobnoustrojów, co może pozwolić nam na skuteczniejsze leczenie wielu chorób wywoływanych przez drobnoustroje” – powiedział Goodell.
W grudniu 2022 r. mikrobiolog Yasu Morita otrzymał grant od Narodowych Instytutów Zdrowia na wsparcie badań, których ostatecznym celem jest opracowanie nowych, skuteczniejszych metod leczenia gruźlicy.

Jeśli chcesz uzyskać więcej informacji, napisz do mnie e-mail.
E-mail:
info@pulisichem.cn
Tel.:
+86-533-3149598