Jak interakcje między bakteriami wpływają na zdrowie jelit
Nasz przewód pokarmowy pokryty jest warstwą śluzu, który chroni organizm przed wniknięciem inwazyjnych patogenów i ułatwia symbiotyczne relacje z bakteriami komensalnymi. Mikroorganizmy te są istotnym elementem ludzkiego mikrobiomu jelitowego, gdyż wspierają wiele różnych procesów, takich jak trawienie, wchłanianie składników odżywczych i rozwój układu odpornościowego. „Ta warstwa śluzu składa się z różnych rodzajów dużych białek zwanych mucynami (rodziny białek odgrywających istotną rolę w tworzeniu i utrzymywaniu śluzu), do których przylegają złożone cząsteczki cukru”, wyjaśnia Karin Strijbis(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z holenderskiego Uniwersytetu w Utrechcie(odnośnik otworzy się w nowym oknie), koordynatorka projektu Bac2MUC. „Nadal w dużej mierze nie wiadomo, w jaki sposób bakterie wchodzą w interakcje z mucynami zawierającymi cukry i jakie są funkcjonalne efekty tych interakcji dla stanu zdrowia jelit”.
Określenie funkcji mucyn
Celem projektu Bac2MUC, wspieranego ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), była identyfikacja bakterii zarówno chorobotwórczych, jak i komensalnych, które wchodzą w interakcje z określonymi glikoproteinami mucyny. Projekt miał również na celu określenie roli mucyn w zapobieganiu zakażeniom i utrzymywaniu prawidłowej czynności jelit. „Aby zbadać funkcje, jakie pełnią mucyny, w laboratorium wyhodowaliśmy bakterie charakterystyczne dla nabłonka jelitowego wraz z odpowiednimi białkami mucyny, występującymi w jelicie cienkim i grubym”, mówi Strijbis. „Ponadto przy użyciu technologii edycji genów CRISPR udało nam się zmodyfikować nasze komórki tak, aby nie zawierały jednej mucyny”. Edycja genów metodą CRISPR (zgrupowane, regularnie rozproszone, krótkie, powtarzające się sekwencje palindromiczne) umożliwia naukowcom modyfikowanie DNA żywych organizmów za pomocą „molekularnych nożyczek” do cięcia DNA w wybranych miejscach. Technika ta jest wykorzystywana nie tylko do korygowania mutacji genów, ale również do wyłączania genów, a nawet do wstawiania nowych. „Wiele bakterii jelitowych nie może się rozwijać w obecności tlenu, więc większość naszych doświadczeń musiała być przeprowadzana w komorze beztlenowej”, zaznacza Strijbis. „Przeprowadziliśmy doświadczenia obejmujące zjawiska adhezji i inwazji, a za pomocą fluorescencyjnej mikroskopii konfokalnej udało nam się zwizualizować oddziaływania między bakteriami a mucynami”. Fluorescencyjna mikroskopia konfokalna wykorzystuje etykiety fluorescencyjne do obrazowania próbek materiału biologicznego z wysoką rozdzielczością. Dzięki temu umożliwia naukowcom uzyskanie szczegółowego obrazu struktur i procesów komórkowych.
Podstawowe funkcje w utrzymaniu zdrowia jelit
Zespół projektu zdołał wykazać, że mucyny odgrywają istotną rolę w utrzymaniu zdrowia jelit i że interakcje bakterii z mucynami są wysoce specyficzne. Niektóre bakterie, na przykład Salmonella, wykształciły swoiste czynniki wirulencji, które wykorzystują mucyny na potrzeby inwazji. Z kolei bakterie komensalne, takie jak te należące do rodziny Bifidobacterium, kolonizują warstwę śluzu i oddzielają od mucyn cząsteczki cukru, aby się nimi pożywić, ale jednocześnie wzmacniają funkcje bariery jelitowej. „Nowa wiedza na temat interakcji bakterii i mucyn na poziomie molekularnym może przełożyć się na liczne korzyści dla zdrowia ludzi”, mówi Strijbis. „Jeśli chodzi o patogeny, umożliwi to opracowanie strategii blokowania ich aktywności, aby nie mogły już atakować organizmu z powierzchni błony śluzowej. W przypadku pożytecznych drobnoustrojów ważne jest, aby wiedzieć, które bakterie mogą przywrócić prawidłowe funkcje bariery jelitowej, na przykład u pacjentów cierpiących na zespół nieszczelnego jelita lub nieswoiste zapalenie jelit”.
Wpływ na ludzkie zdrowie i choroby
Zdaniem Strijbis projekt pomógł wyjaśnić kluczową rolę mucyn w utrzymaniu zdrowia człowieka. „Moja grupa będzie nadal zajmować się odkrywaniem specyficznych interakcji bakterii z mucyną i ich wpływu na ludzkie zdrowie i choroby”, dodaje. „We współpracy z zespołem gastroenterologów prowadzimy obecnie badanie dotyczące zmian w mucynach i właściwościach śluzu w przebiegu nieswoistego zapalenia jelit, a także sprawdzamy, czy określone bakterie komensalne mogą przywrócić zdrowie jelit”.
