Estudo revela como o muco domina os micróbios

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Mais de 200 metros quadrados de nossos corpos – incluindo o trato digestivo, pulmões e trato urinário – são revestidos com muco. Nos últimos anos, os cientistas descobriram algumas evidências de que o muco não é apenas uma barreira física que retém bactérias e vírus, mas também pode desarmar patógenos e impedi-los de causar infecções.

Um novo estudo do MIT revela que os glicanos – moléculas de açúcar ramificadas encontradas no muco – são responsáveis ​​pela maior parte dessa domesticação por micróbios. Existem centenas de glicanos diferentes no muco, e a equipe do MIT descobriu que essas moléculas podem impedir que as bactérias se comuniquem entre si e forme biofilmes infecciosos, efetivamente tornando-os inofensivos.

“O que temos no muco é uma mina de ouro terapêutica”, diz Katharina Ribbeck, professora de Desenvolvimento de Carreira de Mark Hyman, Jr. em Engenharia Biológica no MIT. “Esses glicanos têm funções biológicas muito amplas e sofisticadas. Eles têm a capacidade de regular como os micróbios se comportam e realmente ajustam sua identidade. ”

Neste estudo, que aparece hoje em Nature Microbiology, os pesquisadores focaram nas interações dos glicanos com Pseudomonas aeruginosa, um patógeno oportunista que pode causar infecções em pacientes com fibrose cística e pessoas com sistema imunológico comprometido. O trabalho atualmente em andamento no laboratório de Ribbeck mostrou que os glicanos também podem regular o comportamento de outros micróbios.

O principal autor do Nature Microbiology o papel é a estudante de graduação do MIT Kelsey Wheeler.

Defensores poderosos

A pessoa média produz vários litros de muco todos os dias e, até recentemente, pensava-se que esse muco funcionasse principalmente como um lubrificante e uma barreira física. No entanto, Ribbeck e outros demonstraram que o muco pode realmente interferir no comportamento bacteriano, impedindo que os micróbios se liguem às superfícies e se comuniquem uns com os outros.

No novo estudo, Ribbeck queria testar se os glicanos estavam envolvidos na capacidade do muco de controlar o comportamento dos micróbios. Essas moléculas de açúcar, um tipo de oligossacarídeo, se ligam a proteínas chamadas mucinas, os blocos de muco formadores de gel, para formar uma estrutura semelhante a uma escova de garrafa. Os glicanos associados ao muco têm sido pouco estudados, mas Ribbeck pensou que eles poderiam desempenhar um papel importante na atividade desarmante de micróbios que ela já havia visto do muco.

Para explorar essa possibilidade, ela isolou os glicanos e os expôs a Pseudomonas aeruginosa. Após a exposição às mucinas glicanas, as bactérias sofreram grandes mudanças no comportamento que as tornaram menos prejudiciais ao hospedeiro. Por exemplo, eles não produzem mais toxinas, ligadas ou matam células hospedeiras, ou expressam genes essenciais para a comunicação bacteriana.

Essa atividade desarmadora de micróbios teve conseqüências poderosas na capacidade dessa bactéria de estabelecer infecções. Ribbeck mostrou que o tratamento de Pseudomonasqueimaduras infectadas com mucinas e mucinas glicanas reduzem a proliferação bacteriana, indicando o potencial terapêutico desses agentes neutralizantes da virulência.

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“Vimos que as mucinas intactas têm efeitos reguladores e podem causar alterações comportamentais em toda uma gama de patógenos, mas agora podemos identificar o mecanismo molecular e as entidades responsáveis ​​por isso, que são os glicanos”, diz Ribbeck.

Nessas experiências, os pesquisadores usaram coleções de centenas de glicanos, mas agora planejam estudar os efeitos de glicanos individuais, que podem interagir especificamente com diferentes caminhos ou diferentes micróbios.

“Este é um artigo importante, pois mostra que a formação de biofilme bacteriano é inibida pelo muco normal e, principalmente, pelos glicanos. [Ribbeck] agora mostrou mais uma vez que o muco normal tem efeitos benéficos sobre as bactérias e que o muco é mais complexo do que o mais apreciado ”, diz Gunnar Hansson, professor de bioquímica médica da Universidade de Gotemburgo, que não participou do estudo.

Interações bacterianas

Pseudomonas aeruginosa é apenas um dos muitos patógenos oportunistas que o muco saudável mantém sob controle. Ribbeck está agora estudando o papel dos glicanos na regulação de outros patógenos, incluindo Streptococcus e o fungo Candida albicans, e ela também está trabalhando na identificação de receptores em superfícies celulares de micróbios que interagem com glicanos.

Seu trabalho em Streptococcus mostrou que os glicanos podem bloquear a transferência horizontal de genes, um processo que os micróbios costumam usar para espalhar genes para resistência a medicamentos.

Ribbeck e outros pesquisadores agora estão interessados ​​em usar o que aprenderam sobre mucinas e glicanos para desenvolver muco artificial, o que poderia oferecer uma nova maneira de tratar doenças decorrentes de muco perdido ou defeituoso.

Aproveitar os poderes do muco também pode levar a novas maneiras de tratar infecções resistentes a antibióticos, porque oferece uma estratégia complementar aos antibióticos tradicionais, diz Ribbeck.

“O que encontramos aqui é que a natureza evoluiu a capacidade de desarmar micróbios difíceis, em vez de matá-los. Isso não apenas ajudaria a limitar a pressão seletiva para o desenvolvimento de resistência, porque eles não estão sob pressão para encontrar maneiras de sobreviver, mas também deve ajudar a criar e manter um microbioma diverso ”, diz ela.

Ribbeck suspeita que os glicanos no muco também desempenham um papel fundamental na determinação da composição do microbioma – os trilhões de células bacterianas que vivem dentro do corpo humano. Muitos desses micróbios são benéficos para os hospedeiros humanos, e os glicanos podem estar fornecendo os nutrientes de que precisam, ou ajudando-os a florescer, diz ela. Dessa forma, os glicanos associados ao muco são semelhantes aos muitos oligossacarídeos encontrados no leite humano, que também contém uma grande variedade de açúcares que podem regular o comportamento dos micróbios.

“Este é um tema que provavelmente está em jogo em muitos sistemas, onde o objetivo é moldar e manipular comunidades dentro do corpo, não apenas em humanos, mas em todo o reino animal”, diz Ribbeck.

A pesquisa foi financiada pelo Instituto Nacional de Imagem Biomédica e Bioengenharia, Institutos Nacionais de Saúde, Fundação Nacional de Ciência, Instituto Nacional de Ciências da Saúde Ambiental e Centro de Inovação Tecnológica do MIT Deshpande.

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Luiz Presso
Luiz Presso