Борьба с бактериями с помощью слизи

Слизистые слои бактериальных колоний, известные как биоплёнки, представляют серьёзную опасность в промышленности и медицине. Сформировавшись, биоплёнки очень трудно удалить, и многие исследования посвящены поиску способов их предотвращения и уничтожения.

Результаты недавнего исследования MIT указывают на возможный новый источник защиты от образования биоплёнок: полимеры, содержащиеся в слизи. Биоинженеры MIT обнаружили, что эти полимеры, известные как муцины, могут захватывать бактерии и предотвращать их скопление на поверхности, делая их безвредными.

"Слизь — это материал, который развивался в течение миллионов лет эволюции, чтобы управлять нашим взаимодействием с микробным миром. Я уверена, что мы можем найти в нём вдохновение для новых стратегий предотвращения инфекций и бактериальной колонизации", — говорит Катарина Риббек, старший автор статьи, опубликованной 8 ноября в онлайн-издании журнала Current Biology.

Покрытия из муцинов могут помочь предотвратить образование биоплёнок на медицинских устройствах, а также найти применение в средствах личной гигиены. Включение их в такие продукты, как зубная паста или ополаскиватель для рта, может дополнить естественную защиту организма, особенно у людей с истощённым запасом собственной слизи, отмечает Риббек.

Как помешать бактериям объединяться

Слизь обычно выстилает большинство влажных поверхностей тела, включая дыхательные и пищеварительные пути. "Согласно учебникам, слизь формирует барьер для инфекции, но совершенно неясно, как именно она это делает", — говорит Риббек.

Чтобы исследовать этот вопрос, Риббек и её коллеги наблюдали за поведением бактерий Pseudomonas aeruginosa в питательной среде, содержащей растворимые очищенные муцины — длинные белки с присоединёнными молекулами сахаров.

Для эффективного проникновения через слой слизи и инфицирования тканей под ним бактериям необходимо формировать кластеры, способные прикрепиться к поверхности ткани. Скопления бактерий иммунной системе очистить гораздо сложнее, поскольку иммунные клетки специализируются на атаке отдельных бактериальных клеток.

"В целом, вы хотите, чтобы бактерии были рядом, вы просто не хотите, чтобы они объединялись. Вы хотите, чтобы они были смешаны со множеством других полезных для вас бактерий. Вы не хотите, чтобы один вид захватил власть, потому что тогда он может разрастись и подавить систему".

В новом исследовании учёные обнаружили, что муцины блокируют образование бактериальных кластеров, предотвращая их адгезию, необходимую для скопления. Когда бактерии остаются подвижными, они оказываются взвешенными в вязкой смеси и наносят меньше вреда.

"Муцины обладают способностью подавлять вирулентность, удерживая клетки разделёнными. Это как держать своих детей в отдельных комнатах, чтобы они не попали в беду", — говорит Риббек.

Однако бактерии иногда способны прорвать эту систему защиты и вызвать инфекции. Это может ускоряться из-за уменьшения количества слизи вследствие старения, обезвоживания или химиотерапии. Или же слизь может не обновляться достаточно часто, как это происходит в заполненных слизью лёгких пациентов с муковисцидозом.

«Управление микробным поведением»

Одним из преимуществ использования муцинов в качестве антимикробных покрытий является то, что это вещество обезвреживает патогенные бактерии, не убивая их. Это снижает вероятность развития у бактерий устойчивости к муцинам, в отличие от антибиотиков. Это также пощадит полезные бактерии, живущие на слизистых оболочках.

"Это отличный механизм, при котором вы просто подавляете факторы вирулентности, не убивая бактерии. Это природный способ управления микробным поведением, которым может быть полезно воспользоваться".

Её лаборатория сейчас исследует, как именно муцины предотвращают потерю подвижности бактериями, а также как они блокируют инфекцию, вызываемую неподвижными бактериями. Муцины, по-видимому, обладают широким спектром антимикробных свойств: ранее Риббек показала, что они могут захватывать вирусы и предотвращать заражение клеток, а сейчас изучает взаимодействие муцинов с другими патогенными организмами, такими как дрожжи.