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Physiker enthüllen das Schwimmgeheimnis von Helicobacter pylori-Bakterien: Wie das Geschwür- und krebserregender Erreger überlebt den Magen

Zwar nicht so inspirierend wie das Herz oder so geheimnisvoll wie das Gehirn, der Magen ist ebenso beeindruckend: der muskulöse Sack churns mit Säure so stark, es löst Metall, aber es nicht verdaut das Organ selbst. Der Magen schützt sich von seiner eigenen Säure mit einer Beschichtung aus Schleim, eine Taktik, die nicht immer gegen das Geschwür nicht funktioniert- und krebserregend Helicobacter pylori, das einzige Bakterium, von dem bekannt ist, dass es diese raue Umgebung besiedelt. H. pylori irgendwie überlebt die Säure, der Schleimschicht schwimmt durch, und infiziert Magenzellen. schätzungsweise 50 Prozent der Menschen beherbergen H. pylori in ihrem Darm, aber nur einige von ihnen entwickeln Geschwüre oder Magenkrebs. Also verstehen wie H. pylori hier überlebt, ist der Schlüssel zum Verständnis dieser Krankheiten.

Rama Bansil, ein Professor der Boston University Physik, und von Materialwissenschaften & Ingenieurwesen, der seit mehr als zwei Jahrzehnten Magen Schleim studierte, hat zwei Faktoren aufgedeckt, dass das Bakterium ein Bein aufgeben: die Chemikalien, die sie und ihre Geschicklichkeit bei Schwimmen sondern. Beide sind entscheidend für den Erfolg.

Bnsil, deren Arbeit von der gefördert wird Nationale Wissenschaftsstiftung, wurde neugierig über Magen Schleim in den späten 1980er Jahren. „Die Frage war damals: Der Magen produziert fast die Hälfte eine Gallone Magensaft pro Tag, das ist sauer und kann verdauen Nägel-also warum es nicht den Magen verdauen?" Sie sagt. Die Forscher vermuteten, dass die dünne Schicht aus Schleim in den Magen von dieser Säure geschützt, aber niemand wusste genau, wie es funktioniert. Bnsil, dessen Forschungsgebiet ist Gel und Gelieren, begann das gereinigte Protein Mucin zu studieren, die gibt Magen Schleim seine Fähigkeit zu gelieren. In diesem frühen Werk, sie und ihre Kollegen fanden heraus, dass es nur unter extrem sauren Bedingungen geliert, unter einem pH-Wert von 4.

Später, sie richtete ihre Aufmerksamkeit auf H. pylori. „Ich habe beschlossen, dass wir tatsächlich versuchen würde, und sehen, wie das Bakterium über bekommt, da diese Schicht ist wahrscheinlich gelartige oder zumindest sicher sehr viskos, wie eine weiche Zahnpasta oder Vaseline," Sie sagt. „Wie funktioniert etwas schwimmen durch ein solches Medium?“

Einige Forscher hatten vermutet, dass das spiralförmige Bakterium seinen Weg durch den dicken Schleim wie ein Korkenzieher gebohrt. Aber in Laborexperimenten, Bansil und ihre Kollegen gefunden, überraschenderweise, Das H. pylori, die treibt sich mit rotierenden Flagellen, konnte überhaupt nicht durch ein Gel schwimmen. „Auch wenn es am Leben und seine Geißeln drehen, es bewegt sich nicht weiter. Es bleibt nur an Ort und Stelle," Sie sagt.

H. pyloriSpiralförmig H. pylori ist das einzige bekannte Bakterium, das den menschlichen Magen besiedelt. schätzungsweise 50 Prozent der Menschen beherbergen H. pylori in ihrem Darm, aber nur einige entwickeln Geschwüre oder Magenkrebs. Foto von lucadp / iStock

Nicht so im Magen Schleim. Dort, H. pylori sondert ein Enzym namens Urease ab, die abbaut Harnstoff im Magen zu Kohlendioxid und Ammoniak, dem Atem von infizierten Personen den Geruch von Ammoniak zu verleihen. Ammoniak, eine Basis, reagiert mit dem Magenschleim, Anheben des pH-Wertes und Verflüssigen. „Es hat das Gel entgelt, und diese reversible Gelierung war der Schlüssel, um dieses Bakterium rüberzubringen,“, Sagt Bansil, der diese Studie veröffentlicht hat Verfahren der Nationalen Akademien der Wissenschaften im 2009.

Ob H. pyloriDie Korkenzieherform half ihm nicht, durch Schleim zu bohren, fragten sich Bansil und ihre Kollegen, warum hatte es diese form? Ein weiteres spiralförmiges Bakterium namens Campylobacter jejuni kann den oberen Teil des Dünndarms besiedeln, so dass die Form muss wichtig sein für etwas. „Wir wollten herausfinden, warum H. pylori hat einen spiralförmigen Körper,“, Sagt Maira Constantino (GRS'17), Doktorandin, die Bansil Labor trat in 2014. „Was ist der Vorteil dort?“

Viele gingen davon aus, dass der korkenzieherförmige Körper zunahm H. pylori‚S Schwimmgeschwindigkeit im Allgemeinen, weil Korkenzieher Formen erzeugen Schub, wenn sie spinnen. Frühere Experimente von anderen Gruppen unterstützt diese, finden, dass spiralförmig Helicobacter schwamm zwei- bis dreimal schneller als stabförmig E. coli. „Aber das ist kein guter Vergleich, weil Sie wirklich zwei verschiedene Organismen vergleichen,“, Sagt Bansil. Sie arbeitete mit Nina Salam, ein Mikrobiologe am Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle, der Mutanten gezüchtet hatte H. pylori, wie das Original, aber stabförmig.

Dann haben sie sie gefilmt, Hunderte auf einmal, Schwimmen in Muzin und Kulturbrühe, um zu sehen, wer schneller geschwommen ist. Vergleich der Videos, das haben sie gefunden, im Durchschnitt, Spiralbakterien waren in der Nähe 10 zu 15 Prozent schneller als ihre stäbchenförmigen Verwandten. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in Molekulare Mikrobiologie im 2015.

Aber die Ergebnisse waren nur Mittelwerte. Constantino wollte die Analyse nehmen weiter, durch die Bewegung und die Form der einzelnen Bakterien filmen, ein mühsamer Prozess. Durch das Video mit hohen Geschwindigkeit, 200 Bilder pro Sekunde, sie war in der Lage, die Geschwindigkeit aufzeichnen, Drehung, und Körperform von einzelnen Bakterien. Sie und ihre Kollegen entdeckt, dass beide Arten von Bakterien gesponnen, wie sie schwammen, Über 10 zu 15 Körperlängen pro Zweit- „einen ziemlich guten Schritt,“, aber die Helix schwamm etwas schneller, sagt Bansil. Um genau zu verstehen warum, Bansil und Constantino schickten die Daten an den Kollegen Henry Fu, außerordentlicher Professor in der Fakultät für Maschinenbau an der University of Utah, und sein Schüler Mehdi Jabbarzadeh, der es benutzte, um ein theoretisches Modell von zu bauen H. pylori Baden. Die Wissenschaftler aus Utah fanden heraus, dass mehr Flagellen mehr zur Geschwindigkeit als zur Körperform beitrugen; die spiralförmige Form trug dazu bei, maximal, 15 Prozent zum Vortriebsschub der Bakterien, bestätigt, was die Wissenschaftler zuvor gefunden hatten. HPV wurde am häufigsten mit Gebärmutterhalskrebs in Verbindung gebracht 15 Der prozentuale Unterschied sieht nicht sehr groß aus, aber es kann Vorteil genug sein, dass der spiralförmige den Stab langfristig besiegen wird,“, Sagt Bansil.

Die Ergebnisse, und Videobeweis, wurden im November veröffentlicht 2016 im Wissenschaft Fortschritte. Bansil und ihre Kollegen studieren jetzt H. pylori von einem Krebspatienten, sowie der Magenschleim des Patienten, auf der Suche nach Hinweisen auf die spezifische Interaktion des Bakteriums mit Mucin.

Bansils Arbeit könnte sich in einem anderen Bereich der Wissenschaft als nützlich erweisen: Medikamentenlieferung. „Viele Medikamente können den Schleim nicht überwinden. Nur sehr kleine Medikamente können durchkommen, oder solche, die den Schleim abbauen können," Sie sagt. Es ist nicht schwer zu rendern H.pylori ungefährlich durch genetische Manipulationen, und ob es wie eine Kapsel geladen werden kann, mit, sagen, ein Chemotherapeutikum, Das Bakterium könnte dann seine angeborene Fähigkeit nutzen, Schleim zu überwinden und die Behandlung zu übertragen, und liefern, wo es gebraucht wird. „Dies könnte ein sehr cleverer Weg sein, um ein zielgerichtetes Medikament oral zu verabreichen,“, Sagt Bansil.


Quelle: www.bu.edu, durch

Über Marie

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