Domare i patogeni con muco e fagi

Milioni di persone vengono trattate con antibiotici ogni anno per infezioni o come misura preventiva. I Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie riferiscono che almeno 2,8 milioni di persone sono infettate da batteri resistenti agli antibiotici ogni anno, il che significa che i germi hanno trovato il modo di sopraffare gli antibiotici e continuare a crescere. Il trattamento delle infezioni resistenti agli antibiotici è costoso e richiede molto tempo. Due team di scienziati finanziati dal NIBIB hanno lavorato per trovare soluzioni alternative per il trattamento delle infezioni batteriche, soprattutto batteri resistenti agli antibiotici.

In che modo il tuo naso che cola combatte i batteri?

Un naso che cola non è l'unico posto in cui il muco esiste nei nostri corpi; allinea anche molti passaggi, come l'apparato digerente, per mantenerli lubrificati. I ricercatori del Massachusetts Institute for Technology (MIT) hanno scoperto che gli zuccheri nel muco aiutano a controllare e disarmare i microbi fastidiosi nel nostro corpo. La maggior parte delle persone pensa che la sostanza viscida sia fastidiosa e disgustosa, ma svolge un ruolo vitale in molti sistemi corporei.

mucine, il componente gelificante nel muco, sono ricoperti di glicani, o zuccheri, e sono noti per sopprimere la formazione di biofilm, una forma di crescita microbica che è spesso associata a infezioni e difficile da trattare con gli antibiotici. Questo studio, pubblicato su Nature Microbiology, trova una gamma più ampia di funzioni per i glicani attaccati alle mucine. I ricercatori pensano che potrebbero non aver bisogno di uccidere effettivamente i fastidiosi microbi, ma invece, disarmarli e renderli meno contagiosi.

Gli antibiotici stanno diventando meno efficaci contro i batteri che si adattano rapidamente. Dobbiamo sfruttare i meccanismi di difesa naturali per proteggerci dai microbi".

David Rampula, dottorato di ricerca, direttore del programma NIBIB Biomaterials and Biomolecular Constructs

Il muco è densamente ricco di microbi dannosi, quindi come fa il corpo a usare questa sostanza viscida per prevenire le infezioni? Si potrebbe pensare che qualcosa nel muco possa uccidere i batteri. Il team del MIT, guidata da Katharina Ribbeck, dottorato di ricerca, Professore presso il Dipartimento di Ingegneria Biologica, ha scoperto che il muco doma gli agenti patogeni contenuti nella sua matrice appiccicosa in modo che il sistema immunitario possa intervenire e combattere quando è necessario, ma il muco non uccide i batteri da solo.

Molti pensavano che la rete strutturale del muco fosse puramente per scopi meccanici, ma abbiamo appreso che svolge un ruolo fondamentale nel modo in cui controlla anche i patogeni problematici. Stiamo testando per vedere se questa funzione è universale in molte specie".

Katharina Ribbeck, dottorato di ricerca, Professore presso il Dipartimento di Ingegneria Biologica, MIT

I ricercatori hanno sezionato le diverse parti del muco e hanno scoperto che l'ingrediente chiave che domava i batteri erano i glicani. I glicani sono catene di molecole di zucchero che formano strutture ramificate. I ricercatori si sono chiesti se i glicani avrebbero lo stesso potere senza gli altri componenti nel muco. I risultati hanno confermato che i glicani sono robusti nel disinnescare i patogeni da soli.

Questo studio si è concentrato sulla risposta dei glicani a un batterio specifico, P. aeruginosa, che causa infezioni nelle persone con un sistema immunitario compromesso. Studente laureato, Kelsey Wheeler, scoperto che i glicani hanno reso i batteri meno potenti sopprimendo i percorsi genetici responsabili delle comunicazioni batteriche e quelli che consentono l'aggregazione o la produzione di tossine. Questi percorsi consentono il loro comportamento infettivo.

Ribbeck ha affermato che una delle sue più grandi sfide è stata convincere le persone che vale la pena studiare il muco e non solo un prodotto di scarto. "Possiamo creare approcci terapeutici alternativi che non utilizzino gli antibiotici per uccidere i microbi, ma usa invece la forma naturale di ingegneria biologica:muco, " disse Ribbeck.

Il prossimo passo per Ribbeck è rompere il codice dei glicani e capire quali glicani domano un agente patogeno specifico e come si legano insieme. Vuole anche saperne di più su se e come i microbi possono percepire i glicani e di conseguenza cercare di sfuggirli. Molti tipi diversi di batteri coesistono nelle comunità all'interno del nostro corpo e, in parte, compongono il microbioma di una persona, che svolge un ruolo essenziale nella digestione e nella salute immunitaria. Ribbeck pensa che i glicani svolgano un ruolo significativo nel mantenere e alterare il microbioma nei nostri corpi, e il suo laboratorio sta iniziando a testare la teoria.

Produzione di virus per combattere i batteri resistenti agli antibiotici

Timoteo Lu, dottorato di ricerca, un Professore Associato del MIT nel Dipartimento di Ingegneria Biologica e Ingegneria Elettrica e Informatica, ha lavorato su un altro approccio alternativo per il trattamento delle infezioni batteriche resistenti agli antibiotici. Lu ha sviluppato un modo per progettare un tipo speciale di virus chiamato batteriofago o fago per uccidere diversi ceppi di E. coli.

Gli antibiotici in genere inibiscono o regolano gli enzimi responsabili del controllo della crescita e della diffusione dei batteri, dando al sistema immunitario il tempo di combattere le infezioni. I fagi uccidono i batteri attraverso un meccanismo diverso. Più comunemente, i fagi riconoscono un recettore specifico su un batterio che consente loro di legarsi e iniettare il loro virus nei batteri. Il virus si replicherà e alla fine ucciderà i batteri.

"Utilizzare i fagi per trattare le infezioni resistenti agli antibiotici non è un concetto nuovo, " ha detto Lu. Ha spiegato che si potrebbe eseguire un ampio, schermo tempestivo per identificare i fagi naturali che uccidono tipi specifici di batteri. "Ma alla fine dello schermo, probabilmente rimarrai con un gruppo eterogeneo di fagi che sarà difficile da produrre e aumentare in modo riproducibile commercialmente, modo conveniente".

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