Белок, обнаруженный в желудочно-кишечном тракте, может нейтрализовать многие бактерии | Новости Массачусетского технологического института

Поверхности слизистых оболочек тела покрыты защитными молекулами, которые помогают микробам не вызывать воспаления и инфекции. Среди этих молекул есть лектины — белки, которые распознают микробы и другие клетки путем связывания с сахарами, обнаруженными на поверхности клеток.

Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что один из этих лектинов обладает антимикробной активностью широкого спектра против бактерий, обнаруженных в желудочно-кишечном тракте. Этот лектин, известный как интелектин-2, связывается с молекулами сахара, обнаруженными на бактериальных мембранах, захватывая бактерии и препятствуя их росту. Кроме того, он может сшивать молекулы, составляющие слизь, помогая укрепить слизистый барьер.

“Что примечательно, так это то, что интеллектин-2 действует двумя взаимодополняющими друг друга способами. Он помогает стабилизировать слой слизи, и если этот барьер нарушен, он может напрямую нейтрализовать или сдерживать бактерии, которые начинают ускользать”, – говорит Лаура Кисслинг, профессор химии Novartis в Массачусетском технологическом институте и старший автор исследования.

По мнению исследователей, такой вид противомикробной активности широкого спектра может сделать интеллектин-2 полезным в качестве потенциального терапевтического средства. Его также можно использовать для укрепления слизистого барьера у пациентов с такими заболеваниями, как воспалительные заболевания кишечника.

Аманда Дуган, бывший научный сотрудник Массачусетского технологического института, и Дипсинг Сянтан, доктор философии ’24, являются ведущими авторами статьи, в которой появляется сегодня в Природные коммуникации.

Многофункциональный белок

Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что геном человека кодирует более 200 лектинов — углеводсвязывающих белков, которые играют различные роли в иммунной системе и в коммуникации между клетками. Лаборатория Кисслинга, изучающая взаимодействие лектинов с углеводами, недавно заинтересовалась семейством лектинов, называемых интелектинами. У человека это семейство включает два лектина: интелектин-1 и интелектин-2.

Эти два белка имеют очень схожую структуру, но интеллектин-1 отличается тем, что связывается только с углеводами, обнаруженными в бактериях и других микробах. Около 10 лет назад Кисслинг и ее коллеги смогли открыть структуру интелектина-1, но его функции до сих пор до конца не изучены.

В то время ученые предположили, что интеллектин-2 может играть роль в иммунной защите, но исследований, подтверждающих эту идею, было не так много. Дуган, в то время постдок в лаборатории Кисслинга, решил узнать больше об интеллектине-2.

У людей интелектин-2 вырабатывается на постоянном уровне клетками Панета в тонком кишечнике, но у мышей его экспрессия из бокаловидных клеток, продуцирующих слизь, по-видимому, запускается воспалением и некоторыми типами паразитарных инфекций.

В новом исследовании ученые обнаружили, что человеческий и мышиный интеллект-2 связывается с молекулой сахара, называемой галактозой. Этот сахар обычно содержится в молекулах, называемых муцинами, которые составляют слизь. Исследователи обнаружили, что когда интеллектин-2 связывается с этими муцинами, он помогает укрепить слизистый барьер.

Галактоза также содержится в углеводах, присутствующих на поверхности некоторых бактериальных клеток. Исследователи показали, что интеллектин-2 может связываться с микробами, которые содержат эти сахара, включая многие патогены, вызывающие желудочно-кишечные инфекции.

Исследователи также обнаружили, что со временем эти пойманные в ловушку микробы в конечном итоге распадаются, что позволяет предположить, что белок способен убивать их, разрушая их клеточные мембраны. Эта антимикробная активность, по-видимому, влияет на широкий спектр бактерий, в том числе на некоторые, устойчивые к традиционным антибиотикам.

Исследователи полагают, что эти двойные функции помогают защитить слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта от инфекции.

«Интелектин-2 сначала укрепляет сам слизистый барьер, а затем, если этот барьер нарушен, он может контролировать бактерии и ограничивать их рост», — говорит Кисслинг.

Борьба с инфекцией

У пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника уровень интеллектина-2 может стать аномально высоким или низким. Низкие уровни могут способствовать разрушению слизистого барьера, тогда как высокие уровни могут убить слишком много полезных бактерий, которые обычно живут в кишечнике. Исследователи говорят, что поиск способов восстановления правильного уровня интеллектина-2 может быть полезен для этих пациентов.

“Наши результаты показывают, насколько важно стабилизировать слизистый барьер. Заглядывая в будущее, мы можем представить себе использование свойств лектинов для создания белков, которые активно укрепляют этот защитный слой”, – говорит Кисслинг.

Поскольку интеллектин-2 может нейтрализовать или устранить такие патогены, как Золотистый стафилококк и Клебсиелла пневмониякоторые часто трудно лечить антибиотиками, его потенциально можно адаптировать в качестве противомикробного средства.

«Использование человеческих лектинов в качестве инструментов борьбы с устойчивостью к противомикробным препаратам открывает принципиально новую стратегию, основанную на нашей собственной врожденной иммунной защите», — говорит Кисслинг. «Использование белков, которые организм уже использует для защиты от патогенов, является привлекательным и направлением, которое мы идем».

Исследование финансировалось Общим фондом Национальных институтов здравоохранения, Национальным институтом аллергии и инфекционных заболеваний, Национальным институтом общих медицинских наук и Национальным научным фондом.

Среди других авторов, внесших свой вклад в исследование, – Чарльз Бевинс, профессор медицинской микробиологии и иммунологии Калифорнийского университета в Медицинской школе Дэвиса; Рамник Ксавьер, профессор медицины Гарвардской медицинской школы и Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда; и Катарина Риббек, профессор биологической инженерии Эндрю и Эрны Витерби в Массачусетском технологическом институте.