研究揭示了粘液是如何驯服微生物的

我们200多平方米的身体——包括消化道、肺部和尿道——都布满了粘液。近年来，科学家们发现了一些证据，表明黏液不仅是困住细菌和病毒的物理屏障，而且还能解除病原体的武装，防止它们引起感染。

来自麻省理工学院的一项新研究表明，在黏液中发现的分枝糖分子——聚糖，是这种微生物的主要驯服者。黏液中有数百种不同的聚糖，麻省理工学院的研究小组发现，这些分子可以阻止细菌彼此交流，形成传染性生物膜，有效地使它们变得无害。

麻省理工学院(MIT)生物工程教授、小马克·海曼(Mark Hyman Jr.)职业发展教授凯瑟琳娜·里贝克(Katharina Ribbeck)说:“黏液是治疗性金矿。”“这些聚糖具有非常广泛和复杂的生物学功能。它们有能力调节微生物的行为，调整它们的身份。”

这项研究发表在今天的《自然微生物学》(Nature Microbiology)杂志上。研究人员重点关注了聚糖与铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)之间的相互作用。目前在里贝克实验室进行的研究表明，聚糖也可以调节其他微生物的行为。

《自然微生物学》论文的第一作者是麻省理工学院研究生凯尔西·惠勒。

强大的支持者

一般人每天产生几公升的粘液，直到最近这种粘液还被认为是主要的润滑剂和物理屏障。然而，Ribbeck和其他人已经证明，粘液实际上可以干扰细菌的行为，阻止微生物附着在表面并相互交流。

在这项新的研究中，Ribbeck想要测试黏液中是否含有聚糖来控制微生物的行为。这些糖分子，一种低聚糖，附着在一种叫做粘蛋白的蛋白质上，粘蛋白是黏液形成凝胶的组成部分，形成瓶刷状的结构。与黏液相关的聚糖很少被研究，但Ribbeck认为它们可能在她之前从黏液中观察到的解除微生物的活动中发挥了重要作用。

为了探索这种可能性，她分离了聚糖并将其暴露于铜绿假单胞菌中。暴露于粘蛋白聚糖后，细菌的行为发生了广泛的变化，使它们对宿主的危害降低了。例如，它们不再产生毒素，不再附着或杀死宿主细胞，也不再表达细菌交流所必需的基因。

这种消除微生物的活动对这种细菌产生感染的能力产生了巨大的影响。Ribbeck已经证明用粘蛋白和粘蛋白聚糖治疗假瘤感染的烧伤伤口可以减少细菌的增殖，这表明了这些抗病毒中和剂的治疗潜力。

Ribbeck说:“我们已经看到完整的黏液蛋白有调节作用，可以导致一系列病原体的行为改变，但现在我们可以确定分子机制和负责的实体，即聚糖。”

在这些实验中，研究人员使用了数百个聚糖，但他们现在计划研究单个聚糖的影响，这些聚糖可能与不同的途径或不同的微生物有特定的相互作用。

这是一篇重要的论文，因为它表明细菌生物膜的形成被正常的黏液所抑制，尤其是它的聚糖。(Ribbeck)现在再次证明，正常的粘液对细菌有有益的影响，而且粘液比人们通常认为的要复杂得多，”哥德堡大学(University of Gothenburg)医学生物化学教授贡纳尔·汉森(Gunnar Hansson)说。他没有参与这项研究。

细菌的相互作用

铜绿假单胞菌只是众多被健康的粘液所抑制的条件致病菌之一。Ribbeck现在正在研究聚糖在调节包括链球菌和白色念珠菌在内的其他病原体中的作用，她还在研究识别与聚糖相互作用的微生物细胞表面的受体。

她对链球菌的研究表明，聚糖可以阻止水平基因转移，这是微生物通常用来传播耐药基因的过程。

Ribbeck和其他研究人员现在有兴趣利用他们对黏液素和聚糖的了解来开发人造黏液，这可能为治疗由黏液缺失或有缺陷引起的疾病提供一种新方法。

Ribbeck说，利用粘液的力量也可能导致治疗耐抗生素感染的新方法，因为它提供了一种与传统抗生素互补的策略。

“我们在这里发现的是，大自然已经进化出了一种能力，它可以解除难以对付的微生物的武装，而不是杀死它们。这不仅有助于限制产生抗性的选择性压力，因为它们没有找到生存方式的压力，而且还有助于创造和维持一个多样化的微生物群落，”她说。

Ribbeck怀疑，黏液中的聚糖在决定微生物群落的组成方面也起着关键作用——人体内有数万亿个细菌细胞。她说，这些微生物中有许多对人体有益，而聚糖可能为它们提供所需的营养，或以其他方式帮助它们生长。通过这种方式，黏液相关的聚糖类似于在人奶中发现的许多低聚糖，这些低聚糖还含有大量可以调节微生物行为的糖。

Ribbeck说:“这是一个可能在许多系统中发挥作用的主题，这些系统的目标是塑造和操纵体内的群落，不仅是人类，而且是整个动物王国。”

这项研究由美国国家生物医学成像与生物工程研究所、美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会、美国国家环境卫生科学研究所和麻省理工学院德什潘德技术创新中心资助。