物理学家揭开幽门螺杆菌的游泳秘密: 如何溃疡- 和致癌病原体生存的胃

虽然没有令人振奋的心脏或神秘的大脑, 胃是同样令人印象深刻: 肌肉袋用酸如此强大它会溶解搅动金属，但它并没有消化的器官本身. 胃保护自身免受其自身的酸与粘液的涂层, 一种策略并不总是对溃疡工作- 和致癌 幽门螺杆菌, 唯一已知在恶劣环境中定居的细菌. H. 幽门螺杆菌 以某种方式在酸中存活, 游通过粘液层, 并感染胃细胞. 据估计， 50 人类％的港湾 H. 幽门螺杆菌 在他们的肠道, 但只有其中的一些开发溃疡或胃癌. 那么如何理解 H. 幽门螺杆菌 在这里生存是了解这些疾病的关键.

拉马·班西尔, 的波士顿大学教授 物理, 和 材料科学 & 工程, 谁研究胃粘液超过二十年, 已发现两个因素给细菌一条腿: 它分泌的化学品和其在游泳技巧. 两者都是成功的关键.

Bnsil, 他们的工作是由资助 美国国家科学基金会, 开始好奇在80年代后期胃粘液. “这个问题当时是: 胃产生近一半胃液一加仑的一天, 这是酸性的，可以消化指甲那么为什么没有消化的胃?“ 她说. 研究人员怀疑，粘液的薄层从该酸保护胃, 但没有人确切地知道它是如何工作的. Bnsil, 研究其面积是凝胶，凝胶, 开始研究纯化的蛋白质，粘蛋白, 这给胃粘液其胶凝能力. 在这个早期工作, 她和她的同事发现，它胶凝只有在极端酸性条件, 下面的pH为 4.

后来, 她把注意力转移到 H. 幽门螺杆菌. “我决定，我们实际上会尝试，看看这种细菌跨越如何得到, 由于该层可能是凝胶状或至少一定非常粘稠, 像软牙膏或凡士林,“ 她说. “如何通过这样的中介做一些事情游泳?”

一些研究人员曾推测，螺旋状细菌透过厚厚的粘液像螺丝锥钻其方式. 但在实验室实验, Bansil和她的同事发现, 出奇, 那 H. 幽门螺杆菌, 这推动自身与旋转鞭毛, 无法通过凝胶游泳在所有. “尽管这是活着的鞭毛旋转, 它不往前走. 它只是停留在地方,“ 她说.

螺旋形 H. 幽门螺杆菌 是唯一已知定植于人类胃中的细菌. 据估计， 50 人类％的港湾 H. 幽门螺杆菌 在他们的肠道, 但只有一些发生溃疡或胃癌. 照片由lucadp / iStock

事实并非如此胃粘液. 那里, H. 幽门螺杆菌 分泌一种叫做脲酶的酶, 其分解尿素在胃中成二氧化碳和氨, 使氨的气味感染者的气息. 氨, 基地, 与胃粘液反应, 提高其pH值和液化它. “它解成凝胶状, 这种可逆凝胶化的关键是让这种细菌获得跨越,” Bansil说, 谁在发表了这个研究 科学国家科学院论文集 在 2009.

如果 H. 幽门螺杆菌的开瓶器形状并没有帮助它钻通粘液, 想知道Bansil和她的同事, 为什么它有一个形状? 另一个称为螺旋形细菌 空肠弯曲菌 能够在小肠上部定植, 所以形状必须是重要的事. “我们希望找出原因 H. 幽门螺杆菌 有一个螺旋体,”玛丽亚说：君士坦丁 (GRS'17), 博士候选人谁在加入Bansil实验室 2014. “什么是有优势?”

许多假设开瓶器状体增加 H. 幽门螺杆菌的游泳速度一般, 因为开瓶器形状产生推力时，他们自旋. 其他小组以前的实验支持了这一, 发现螺旋形 幽门螺杆菌 游得比杆状快两到三倍 Ë. 大肠杆菌. “但是，这不是一个很好的比较, 因为你真的比较两个不同生物体,” Bansil说. 她与合作 尼娜·萨拉马, 西雅图弗雷德哈钦森癌症研究中心的微生物学家，他培育出了突变体 H. 幽门螺杆菌, 的原来一样但棒状.

然后，他们拍摄他们, 数百名在同一时间, 在粘蛋白和培养液游泳, 看看哪些快游. 对比视频, 他们发现，, 一般, 螺旋细菌大约 10 至 15 ％的比杆形亲戚更快. 他们发表了他们的结果 分子微生物学 在 2015.

但是，这些研究结果只是平均数. 康斯坦丁诺想采取进一步的分析, 由拍摄单细菌的运动和形状, 一个艰苦的过程. 通过采取视频高速, 200 每秒帧数, 她能够记录速度, 回转, 单个细菌的和体形. 她和她的同事发现，纺两种类型的细菌，因为他们游, 关于 10 至 15 身体每二线“一个相当不错的步幅长度,”但螺旋游快一点, Bansil说. 要明白究竟为什么, Bansil和康斯坦丁诺将数据发送到同事亨利·福, 在该机械工程系副教授 犹他大学, 和他的学生迈赫迪Jabbarzadeh, 谁用它来建立的理论模型 H. 幽门螺杆菌 游泳. 犹他州的科学家发现具有更多的鞭毛贡献超过身体形状，以加速; 螺旋形贡献, 最多, 15 ％至细菌的推进力, 确认哪些科学家们发现之前. “该 15 百分比差值看起来并不非常大, 但它可能是不够的优点是螺旋一会拉拢杆长期,” Bansil说.

结果, 视频证据, 是年11月出版 2016 在 科学进展. Bansil和她的同事正在研究 H. 幽门螺杆菌 来自癌症患者, 以及患者的胃粘液, 寻找与粘蛋白的细菌的特异性相互作用线索.

Bansil的工作可能证明是科学的另一个舞台有用: 药物输送. “许多药物不能跨越粘液得到. 只有非常小的药物可以打通, 或者那些可以打破粘液,“ 她说. 由此不难渲染 H.pylori 通过基因操作无害, 如果它可以被加载像的胶囊, 同, 说, 化疗药物, 那么细菌可以利用其与生俱来的能力跨越粘液来获取和跨越携带治疗, 它需要的地方提供它. “这可能是口服递送靶向药物非常聪明的方式,” Bansil说.

资源: www.bu.edu, 通过 芭芭拉·莫兰