Tóm tắt:
Một nghiên cứu mới đã phát hiện rằng glycan – các phân tử đường có phân nhánh được tìm thấy trong dịch nhầy – có thể ngăn chặn các vi khuẩn tương tác với nhau và ngăn chúng hình thành lớp màng sinh học gây nhiễm trùng, làm cho chúng trở nên vô hại đối với cơ thể người.
Hình ảnh minh học cho vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa (hình gốc)
Được sự cho phép của © Kateryna_Kon / Adobe Stock
Hơn 200 mét vuông của cơ thể chúng ta – bao gồm cả diện tích đường ống tiêu hóa, phổi, ống tiểu – đều được phủ một lớp chất nhầy. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã tìm được các bằng chứng về việc chất nhầy không chỉ là một hàng rào vật lý bắt lấy vi khuẩn và virus mà còn có thể vô hiệu hóa nguồn bệnh và ngăn chúng gây nhiễm trùng.
Một nghiên cứu mới từ MIT khám phá ra rằng glycan – các phân tử đường phân nhánh được tìm thấy trong chất nhầy – chịu trách nhiệm chính cho khả năng chế ngự vi sinh vật. Có hàng trăm loại glycan khác nhau trong chất nhầy, và nhóm MIT đã khám phá ra rằng những phân tử này có thể ngăn cản vi khuẩn tương tác với nhau để hình thành lớp màng (biofilm) gây nhiễm trùng, vô hiệu hóa chúng một cách hiệu quả.
“Những gì chúng ta có trong chất nhầy là một kho vàng liệu pháp” GS. Katharina Ribbeck, Khoa Phát triển nghề nghiệp kỹ thuật sinh học tại MIT cho biết. “Các glycan này có các chức năng sinh học rộng và đa dạng. Chúng có khả năng điều hòa hành vi của vi sinh vật và thay đổi bản chất của chúng.”
Trong nghiên cứu này, cũng là công bố đăng trên tạp chí Nature Microbiology, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào những tương tác của glycan với vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa, một tác nhân gây bệnh cơ hội có thể gây nhiễm trùng trong các bệnh nhân xơ nang và bệnh nhân suy giảm miễn dịch. Các nghiên cứu đang được thực hiện trong phòng thí nghiệm của GS. Ribbeck cho thấy rằng glycan còn có thể điều hòa hành vi của các vi khuẩn khác.
Tác giả chính của bài báo đăng trên tạp chí Nature Microbiology là Kelsey Wheeler, một nghiên cứu sinh tại MIT.
Những lớp bảo vệ mạnh mẽ
Một người bình thường sản xuất ra vài lít chất nhầy mỗi ngày, và cho đến gần đây, chất nhầy này được cho là có chức năng chính như là một chất bôi trơn và là một hàng rào vật lý. Tuy nhiên, GS. Ribbeck và cộng sự đã cho thấy rằng chất nhầy có thể thực sự can thiệp vào hành vi của vi khuẩn, ngăn chặn vi sinh vật bám lên bề mặt và ngăn chúng liên lạc với nhau.
Trong nghiên cứu mới này, Ribbeck muốn khảo sát xem glycan có liên quan đến khả năng của chất nhầy trong việc kiểm soát hành vi của vi sinh vật. Các phân tử đường này, một loại oligosaccharide, dính vào các phân tử protein được gọi là mucin, các khối được tạo từ các khối gel của chất nhầy, để hình thành nên cấu trúc giống cây cọ rửa cổ chai. Các nghiên cứu về glycan có tương tác với chất nhầy còn ít, nhưng GS. Ribbeck nghĩ rằng chúng có thể đóng một vai trò lơn trong việc vô hiệu hóa vi sinh vật, việc này bà ta đã từng nhận thấy từ chất nhầy.
Để tìm hiểu điều đó, bà đã tách glycan từ chất nhầy và cho chúng tiếp xúc với vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa. Khi tiếp xúc với glycan loại mucin, vi khuẩn đã có một biến đổi lớn trong hành vi, làm cho chúng ít nguy hại hơn cho vật chủ. Chẳng hạn, vi khuẩn không sản sinh ra độc tố, không bám hoặc giết tế bào vật chủ, hoặc không biểu hiện các gen thiết yếu để các vi sinh vật liên lạc với nhau nữa.
Hoạt đông vô hiệu hóa vi sinh vật này có tác động mạnh lên khả năng hình thành nhiễm trùng của vi sinh vật. GS. Ribbeck đã cho thấy rằng việc điều trị các vết bỏng bị nhiễm trùng do Pseudomonas bằng mucins và glycans từ mucins đã làm giảm sự sinh sôi của vi khuẩn, điều đó cho thấy tiềm năng chữa trị của các tác nhân trung hòa nguồn gây bệnh này.
GS. Ribbeck cho biết “Chúng tôi đã quan sát thấy rằng mucin nguyên vẹn có tác động điều hòa và làm thay đổi tập tính của vi khuẩn gây bệnh, và giờ đây chúng tôi có thể chỉ ra cơ chế phân tử và các yếu tố chịu trách nhiệm cho tác động này, đó là các phân tử glycan”.
Trong các thí nghiệm này, các nhà khoa học sử dụng bộ sưu tập của hàng trăm loại glycan, hiện tại nhóm nghiên cứu dự định sẽ nghiên cứu tác động của từng loại glycan riêng lẻ để tìm hiểu tương tác đặc hiệu trên những con đường khác nhau hay trên các đối tượng vi sinh vật khác nhau.
Sự tương tác với vi khuẩn
Pseudomonas aeruginosa chỉ là một trong các tác nhân gây bệnh cơ hội mà chất nhầy của cơ thể đã kiểm soát. GS. Ribbeck hiện tại đang nghiên cứu vai trò của glycan trong việc điều hòa các tác nhân gây bệnh khác, bao gồm Streptococcus và nấm Candida albicans, và bà cũng đang tìm cách xác định các thụ thể trên bề mặt tế bào vi sinh vật đã tương tác với glycan.
Nghiên cứu của GS. Ribbeck trên Streptococcus đã cho thấy rằng glycan có thể ngăn chặn quá trình chuyển gen, một quá trình mà vi khuẩn thường sử dụng để phát tán các gen kháng thuốc.
GS. Ribbeck và các nhà nghiên cứu khác đang đặc biệt quan tâm tới việc sử dụng những điều đã tìm ra về mucin và glycan để phát triển chất nhầy nhân tạo để có thể cung cấp một hướng mới giúp chữa các bệnh có nguồn gốc từ chất nhầy bị mất hoặc bị nhiễm trùng.
Khai thác sức mạnh của chất nhầy còn có thể hướng đến các cách mới để chữa trị các trường hợp nhiễm khuẩn kháng sinh, cung cấp một chiến lược bổ sung cho thuốc kháng sinh truyền thống, GS. Ribbeck nói.
“Những điều chúng ta tìm thấy ở đây là tự nhiên đã làm tiến hóa tạo ra một khả năng làm vô hiệu hóa các vi sinh vật cứng đầu, thay vì giết chúng. Điều này không chỉ giúp làm giảm áp lực chọn lọc tự nhiên khả năng kháng thuốc mà còn giúp tạo ra và duy trì một hệ vi sinh vật đa dạng,” GS. Ribbeck nói.
GS. Ribbeck cho rằng glycan trong chất nhầy đóng vai trò then chốt trong việc xác định thành phần của hệ vi sinh vật – một nghìn tỷ tế bào vi sinh vật sống trong cơ thể người. Nhiều loài trong số này là các vi sinh vật có lợi cho cơ thể chủ, và glycans dường như cung cấp dưỡng chất cần thiết cho chúng, hoặc theo cách khác, giúp chúng sinh sôi. Theo đó, các glycan có trong chất nhầy tương tự nhiều oligosaccharide được tìm thấy trong sữa người, cũng chứa một dải rộng các loại đường có tác dụng điều hòa hánh vi của các vi sinh vật.
“Đây là một chủ đề đang diễn ra trong nhiều hệ thống nơi mà mục tiêu là định hình và điều chỉnh các cộng đồng vi sinh vật trong cơ thể, không chỉ ở loài người mà còn trong khắp thế giới động vật,” GS. Ribbeck nói.
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Viện hình ảnh Y sinh học và Kỹ thuật sinh học, Viện Sức khỏe quốc gia, Quỹ Khoa học Quốc gia, Viện Khoa học Sức khỏe Môi trường Quốc gia và Trung tâm MIT Deshpande cho phát triển Công nghệ mới.
Nguồn đăng bài: Tài liệu được cung cấp bởi Viện Công nghệ Massachusetts.
Tài liệu tham khảo: Kelsey M. Wheeler, Gerardo Cárcamo-Oyarce, Bradley S. Turner, Sheri Dellos-Nolan, Julia Y. Co, Sylvain Lehoux, Richard D. Cummings, Daniel J. Wozniak & Katharina Ribbeck. Mucin glycans attenuate the virulence of Pseudomonas aeruginosa in infection. Nature Microbiology, 2019 DOI: 10.1038/s41564-019-0581-8.
Theo Trung tâm Công nghệ sinh học TP. Hồ Chí Minh
Đăng nhập
