Registreer nu

Log in

vergeten wachtwoord

Wachtwoord vergeten? Vul alstublieft uw e-mail adres in. U ontvangt een link ontvangen en zal een nieuw wachtwoord via e-mail te creëren.

bericht toevoegen

Je moet inloggen om bericht toe te voegen .

Log in

Registreer nu

Welkom bij Scholarsark.com! Uw inschrijving krijgt u toegang te verlenen tot het gebruik van meer kenmerken van dit platform. U kunt vragen stellen, maken bijdragen of antwoorden bieden, bekijk profielen van andere gebruikers en nog veel meer. Registreer nu!

Natuurkundigen Onthul Zwemmen Geheimen van de bacterie Helicobacter pylori: Hoe de zweer- en kankerverwekkende ziekteverwekker overleeft de maag

Hoewel niet zo inspirerend als het hart of zo mysterieus als het brein, de maag is net zo indrukwekkend: de gespierde zak bussen met een zuur zo krachtig dat het zal oplossen metal-maar niet verteren het orgel zelf. De maag beschermt zichzelf uit eigen zuur met een coating van slijm, een tactiek die niet altijd werkt tegen de zweer- and cancer-causing Helicobacter pylori, the only bacterium known to colonize that harsh environment. H. pylori somehow survives the acid, zwemt door de slijmlaag, en infecteert maagcellen. Een geschatte 50 percent of humans harbor H. pylori in their gut, maar slechts enkele van hen ontwikkelen maagzweren of maagkanker. So understanding how H. pylori survives here is key to understanding those diseases.

rama Bansil, a Boston University professor of fysica, and of materiaal kunde & bouwkunde, die maag slijm heeft bestudeerd voor meer dan twee decennia, heeft twee factoren die de bacterie geeft een voorsprong onbedekte: de chemische hij scheidt en zijn vaardigheid in het zwemmen. Beide zijn van cruciaal belang voor het succes.

Bnsil, whose work is funded by the National Science Foundation, werd nieuwsgierig over maag slijm in de late jaren 1980. “De vraag was toen: De maag produceert bijna een halve liter van maagsap per dag, die is zuur en kan verteren nagels-dus waarom is het niet verteren de maag?" ze zegt. De onderzoekers vermoeden dat de dunne slijmlaag beschermde de maag tegen dit zuur, maar niemand wist precies hoe het werkte. Bnsil, wiens gebied van onderzoek is gels en geleren, begon het gezuiverde eiwit mucine bestuderen, Waardoor maag slijm het vermogen te geleren. In dit vroege werk, zij en haar collega's vinden dat het geleerde alleen onder zeer zure omstandigheden, beneden een pH van 4.

Later, she turned her attention to H. pylori. “Ik besloot dat we eigenlijk zouden proberen en zien hoe deze bacterie overkomt, aangezien deze laag waarschijnlijk gel gelijkende althans zeker zeer viskeus, als een zachte tandpasta of vaseline," ze zegt. “Hoe doet iets zwemmen door middel van een dergelijk medium?”

Some researchers had hypothesized that the spiral-shaped bacterium drilled its way through the thick mucus like a corkscrew. But in laboratory experiments, Bansil and her colleagues found, surprisingly, dat H. pylori, which propels itself with rotating flagella, couldn’t swim through a gel at all. “Even though it’s alive and its flagella are rotating, it doesn’t move ahead. It just stays in place," ze zegt.

H. pyloriSpiral-shaped H. pylori is the only bacteria known to colonize the human stomach. Een geschatte 50 percent of humans harbor H. pylori in their gut, but only some develop ulcers or stomach cancer. Photo by lucadp/iStock

Not so in stomach mucus. Er, H. pylori secretes an enzyme called urease, which breaks down urea in the stomach into carbon dioxide and ammonia, giving the smell of ammonia to the breath of infected people. Ammonia, a base, reacts with the stomach mucus, raising its pH and liquefying it. “It de-gelled the gel, and this reversible gelation was the key to letting this bacterium get across,”Zegt Bansil, who published this research in Proceedings of the National Academies of Sciences in 2009.

Als H. pylori’s corkscrew shape didn’t help it drill through mucus, wondered Bansil and her colleagues, why did it have that shape? Another spiral-shaped bacterium called Campylobacter jejuni is able to colonize the upper part of the small intestine, so the shape must be important for something. “We wanted to find out why H. pylori has a helical body,” says Maira Constantino (GRS’17), a PhD candidate who joined Bansil’s lab in 2014. “What is the advantage there?”

Many assumed that the corkscrew-shaped body increased H. pylori’s swimming speed in general, because corkscrew shapes produce thrust when they spin. Previous experiments by other groups supported this, finding that spiral-shaped Helicobacter swam two to three times faster than rod-shaped E. coli. “But that’s not a good comparison, because you’re really comparing two different organisms,”Zegt Bansil. She collaborated with Nina Salama, a microbiologist at the Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle who had bred mutant H. pylori, the same as the original but rod-shaped.

Then they filmed them, hundreds at a time, swimming in mucin and culture broth, to see which ones swam faster. Comparing the videos, they found that, gemiddeld, helical bacteria were about 10 naar 15 percent faster than their rod-shaped relatives. They published their results in Molecular Microbiology in 2015.

But those results were only averages. Constantino wanted to take the analysis further, by filming the motion and shape of single bacteria, a painstaking process. By taking video at high speed, 200 frames per second, she was able to record the speed, rotation, and body shape of individual bacteria. She and her colleagues discovered that both types of bacteria spun as they swam, wat betreft 10 naar 15 body lengths per second—“a pretty good stride,” but the helix swam a little faster, zegt Bansil. To understand exactly why, Bansil and Constantino sent the data to colleague Henry Fu, an associate professor in the mechanical engineering department at the Universiteit van Utah, and his student Mehdi Jabbarzadeh, who used it to build a theoretical model of H. pylori zwemmen. The Utah scientists found that having more flagella contributed more to speed than body shape; the helical shape contributed, at most, 15 percent to the bacteria’s propulsive thrust, confirming what the scientists had found before. “The 15 percent difference doesn’t look very large, but it may be enough of an advantage that the helical one will win over the rod long-term,”Zegt Bansil.

De resultaten, and video evidence, were published in November 2016 in Science vooruitgang. Bansil and her colleagues are now studying H. pylori from a cancer patient, as well as the patient’s stomach mucus, looking for clues in the specific interaction of the bacterium with mucin.

Bansil’s work may prove useful in another arena of science: drug delivery. “Many drugs cannot get across the mucus. Only very small drugs can get through, or those which can break down the mucus," ze zegt. It is not difficult to render H.pylori harmless by genetic manipulations, and if it can be loaded like a capsule, met, zeggen, a chemotherapy drug, the bacterium could then use its innate ability to get across mucus and carry the treatment across, and deliver it where it’s needed. “This might be a very clever way to deliver a targeted drug orally,”Zegt Bansil.


Bron: www.bu.edu, door

Wat betreft Marie

Laat een antwoord achter

Briljant Veilig & Studentgericht Leerplatform 2021