Registrer deg nå

Logg Inn

Mistet Passord

Mistet passordet ditt? Vennligst skriv inn E-postadressen din. Du vil motta en lenke og opprette et nytt passord via e-post.

Legg til innlegg

Du må logge inn for å legge til innlegget .

Legg til spørsmål

Du må logge inn for å stille et spørsmål.

Logg Inn

Registrer deg nå

Velkommen til Scholarsark.com! Registreringen din gir deg tilgang til å bruke flere funksjoner på denne plattformen. Du kan stille spørsmål, gi bidrag eller gi svar, se profiler til andre brukere og mye mer. Registrer deg nå!

Fysikere avdekker svømmehemmelighetene til Helicobacter pylori-bakterier: Hvordan såret- og kreftfremkallende patogen overlever magen

Selv om det ikke er like inspirerende som hjertet eller så mystisk som hjernen, magen er like imponerende: muskelsekken kjerrer av syre så kraftig at den løser opp metall - men den fordøyer ikke selve organet. Magen beskytter seg mot sin egen syre med et belegg av slim, en taktikk som ikke alltid virker mot såret- og kreftfremkallende Helicobacter pylori, den eneste bakterien som er kjent for å kolonisere det tøffe miljøet. H. pylori overlever på en eller annen måte syren, svømmer gjennom slimlaget, og infiserer mageceller. En estimert 50 prosent av mennesker havner H. pylori i tarmen deres, men bare noen av dem utvikler sår eller magekreft. Så forstår hvordan H. pylori overlever her er nøkkelen til å forstå disse sykdommene.

Rama Bansil, en professor ved Boston University fysikk, og av materialvitenskap & ingeniørfag, som har studert mageslim i over to tiår, har avdekket to faktorer som gir bakterien et bein: kjemikaliene den skiller ut og dens evne til å svømme. Begge er avgjørende for suksessen.

Bansil, hvis arbeid er finansiert av National Science Foundation, ble nysgjerrig på mageslim på slutten av 1980-tallet. «Spørsmålet den gang var: Magen produserer nesten en halv liter magesaft om dagen, som er sur og kan fordøye negler - så hvorfor fordøyer den ikke magen?" hun sier. Forskere mistenkte at det tynne slimlaget beskyttet magen mot denne syren, men ingen visste nøyaktig hvordan det fungerte. Bansil, hvis forskningsområde er geler og gelering, begynte å studere det rensede proteinet mucin, som gir mageslim dens evne til å gelere. I dette tidlige arbeidet, hun og kollegene hennes fant ut at det kun ble gel under ekstremt sure forhold, under en pH på 4.

Seinere, hun vendte oppmerksomheten mot H. pylori. "Jeg bestemte meg for at vi faktisk ville prøve å se hvordan denne bakterien kommer over, siden dette laget sannsynligvis er gel-lignende - eller i det minste veldig tyktflytende, som en myk tannkrem eller vaselin," hun sier. «Hvordan svømmer noe gjennom et slikt medium?”

Noen forskere hadde antatt at den spiralformede bakterien boret seg gjennom det tykke slimet som en korketrekker. Men i laboratorieforsøk, Bansil og hennes kolleger fant, overraskende, at H. pylori, som driver seg frem med roterende flageller, kunne ikke svømme gjennom en gel i det hele tatt. "Selv om den er i live og flagellene roterer, det går ikke fremover. Den blir bare på plass," hun sier.

H. pyloriSpiralformet H. pylori er den eneste bakterien som er kjent for å kolonisere menneskets mage. En estimert 50 prosent av mennesker havner H. pylori i tarmen deres, men bare noen utvikler sår eller magekreft. Foto av lucadp/iStock

Ikke så i mageslim. Der, H. pylori skiller ut et enzym kalt urease, som bryter ned urea i magen til karbondioksid og ammoniakk, gir lukten av ammoniakk til pusten til infiserte mennesker. Ammoniakk, en base, reagerer med mageslimet, øker pH og gjør den flytende. "Det avgelerte gelen, og denne reversible geldannelsen var nøkkelen til å la denne bakterien komme over,sier Bansil, som publiserte denne forskningen i Proceedings of the National Academies of Sciences i 2009.

Hvis H. pylorisin korketrekkerform hjalp ikke den med å bore gjennom slim, undret Bansil og hennes kolleger, hvorfor hadde den den formen? En annen spiralformet bakterie kalt Campylobacter jejuni er i stand til å kolonisere den øvre delen av tynntarmen, så formen må være viktig for noe. "Vi ønsket å finne ut hvorfor H. pylori har en spiralformet kropp,sier Maira Constantino (GRS’17), en PhD-kandidat som ble med i Bansils laboratorium i 2014. «Hva er fordelen der?”

Mange antok at den korketrekkerformede kroppen økte H. pylorisvømmehastigheten generelt, fordi korketrekkerformer produserer skyvekraft når de spinner. Tidligere eksperimenter fra andre grupper støttet dette, finne den spiralformet Helicobacter svømte to til tre ganger raskere enn stavformet E. coli. "Men det er ikke en god sammenligning, fordi du virkelig sammenligner to forskjellige organismer,sier Bansil. Hun samarbeidet med Nina Salama, en mikrobiolog ved Fred Hutchinson Cancer Research Center i Seattle som hadde avlet mutant H. pylori, det samme som originalen, men stavformet.

Så filmet de dem, hundrevis av gangen, svømming i mucin og kulturbuljong, for å se hvilke som svømte raskere. Sammenligner videoene, de fant det, gjennomsnittlig, spiralformede bakterier var ca 10 til 15 prosent raskere enn sine stavformede slektninger. De publiserte resultatene sine i Molekylær mikrobiologi i 2015.

Men disse resultatene var bare gjennomsnitt. Constantino ønsket å ta analysen videre, ved å filme bevegelsen og formen til enkeltbakterier, en møysommelig prosess. Ved å ta video i høy hastighet, 200 bilder per sekund, hun var i stand til å registrere hastigheten, rotasjon, og kroppsform av individuelle bakterier. Hun og kollegene oppdaget at begge typer bakterier snurret mens de svømte, Om 10 til 15 kroppslengder per sekund - "et ganske bra skritt,” men helixen svømte litt fortere, sier Bansil. For å forstå nøyaktig hvorfor, Bansil og Constantino sendte dataene til kollega Henry Fu, en førsteamanuensis ved maskinteknisk avdeling ved University of Utah, og hans elev Mehdi Jabbarzadeh, som brukte den til å bygge en teoretisk modell av H. pylori svømming. Utah-forskerne fant at det å ha flere flageller bidro mer til hastighet enn kroppsform; den spiralformede formen bidro, på det meste, 15 prosent av bakterienes fremdriftskraft, bekrefter det forskerne hadde funnet før. "De 15 prosentforskjellen ser ikke veldig stor ut, men det kan være en fordel nok at den spiralformede vil vinne over stangen på lang sikt,sier Bansil.

Resultatene, og videobevis, ble publisert i november 2016 i Vitenskapens fremskritt. Bansil og hennes kolleger studerer nå H. pylori fra en kreftpasient, samt pasientens mageslim, leter etter ledetråder i den spesifikke interaksjonen mellom bakterien og mucin.

Bansils arbeid kan vise seg å være nyttig på en annen vitenskapsarena: levering av legemidler. «Mange medikamenter kan ikke komme over slimet. Bare svært små stoffer kan komme gjennom, eller de som kan bryte ned slimet," hun sier. Det er ikke vanskelig å gjengi H.sylori ufarlig ved genetiske manipulasjoner, og om den kan lastes som en kapsel, med, si, et kjemoterapimedisin, bakterien kunne da bruke sin medfødte evne til å komme over slim og bære behandlingen på tvers, og levere det der det trengs. "Dette kan være en veldig smart måte å levere et målrettet legemiddel oralt,sier Bansil.


Kilde: www.bu.edu, av

Verksted inne i verkstedet

Om Marie

Legg igjen et svar