211service.com
Mokslas apie gleives
Katharina Ribbeck yra girdėjusi kiekvieną knygoje esantį skreplių, kvailų ir nelogiškų pokštų. Tačiau jos tyrimai su gleivėmis atskleidžia, kad tai yra inžinerijos stebuklas ir svarbi imuninės sistemos gynybos linija. 2018 m. gruodžio 19 d
Snarglys. Boogers. Skrepliai. Gėrimas, kuris varva iš nosies peršalus. Kad ir kaip tai pavadintumėte, gleivės turi blogą reputaciją kaip nemalonus atliekų produktas, ligos požymis.
Tačiau nepaisant didelio ick faktoriaus, gleivėta medžiaga atlieka daugybę gyvybiškai svarbių funkcijų. Galų gale, jis iškloja daugiau nei 200 kvadratinių metrų mūsų kūno – nuo burnos iki virškinimo sistemos, šlapimo takų, plaučių, akių ir gimdos kaklelio. Jis sutepa ir drėkina, leidžia nuryti, nustato, ką jaučiame ir užuodžiame, ir selektyviai filtruoja maistines medžiagas, toksinus ir gyvas ląsteles, tokias kaip bakterijos, spermatozoidai ir grybeliai. Tai tikrai nuostabi kliūtis, sako Katharina Ribbeck, biologinės inžinerijos docentė. Tai leidžia mums integruoti maistines medžiagas; jis apsaugo mus nuo ligų sukėlėjų. Tai taip pat yra didelė kliūtis narkotikų pristatymui. Bet mes neįsivaizduojame, kaip tai veikia.
Ribbek ir jos mokiniai ketina tai pakeisti. Studijuodama šį lipnų hidrogelį, ji tikisi sukurti naujus žmonių ligų diagnozavimo ir gydymo būdus. Ji sako, kad gleivėse yra daug informacijos apie mūsų sveikatą. Mūsų tikslas per ateinančius porą metų yra pasinaudoti šiuo nepakankamai išnaudojamu bioinformacijos šaltiniu ir juo pasinaudoti.
Gleivių čempionas
Ribbeck iš pradžių neketino sutelkti savo tyrimų į gleives. Heidelbergo universitete (Vokietija) ji studijavo biologiją ir biochemiją, o vyresniaisiais metais išvyko į Kalifornijos universitetą San Diege, kur dirbo neurobiologijos srityje. Kai ji grįžo į Heidelbergą studijuoti aukštosiose mokyklose, ji pradėjo studijuoti branduolinės poros biologiją – kanalą, reguliuojantį ryšį tarp ląstelės branduolio ir likusios ląstelės.
Gleivės, sako ji, niekada nebuvo mano radare. Tačiau, kaip ir gleivės, branduolinės poros taip pat veikia kaip selektyvios kliūtys: jos leidžia kai kurioms dalelėms prasiskverbti, o kitas blokuoja.
Baigusi daktaro laipsnį, Ribbeckas planavo įkurti tyrimų grupę Vokietijoje, kuri tęsia branduolinių porų tyrimus. Bet tada draugė iš Harvardo medicinos mokyklos pasiūlė jai metus dirbti jo laboratorijoje. Dėl dalykų, kurių nepadarai, gailitės, sako ji. Taigi nusprendžiau ten nuvykti, tikėdamasi įdomių, bet tikrai nekeičiančių gyvenimo metų.
2007 m. praleisdamas čia kaip kviestinis mokslininkas, Ribbeckas išgirdo apie Harvardo stipendiją, kuri suteiktų laboratoriją, pradinį finansavimą ir nepriklausomo tyrėjo statusą. Laimikis? Pareiškėjai turėjo siūlyti pradėti naują studijų kryptį.
Gleivės tada nebuvo gerai ištirtos, tačiau buvo žinoma, kad jos vaidina pagrindinį vaidmenį palaikant sveikatą. Ribbeckas pareikalavo pradėti gleivių laboratoriją ir gavo stipendiją.
Anksti dirbdama Harvarde ji suprato, kad gleivių tyrimams būtų naudinga MIT Biologijos inžinerijos katedroje kuriamos žinios ir įrankiai – audinių mokslo ir inžinerijos, mikrofluidikos ir kt. Ji įstojo į fakultetą 2010 m., o 2017 m.
Mane iš karto sužavėjo Katharinos išreikšta energinga kūrybiškumo kibirkštis, sako skyriaus vadovas Douglasas Lauffenburgeris. Jos mokslinių interesų tema iš pradžių atrodė gana savotiška, tačiau jos aiškinimas apie plačią jos svarbą mikrobiologijoje ir medicinoje bei tikslą suprasti ją iš esmės taip, kad būtų galima sukurti vertingas technologijas, buvo labai įtikinama.
Apsisaugoti nuo infekcijos
Tarp Ribbecko ištirtų reiškinių yra tai, kad gleivės labai sėkmingai sutramdo paprastai patogeniškus mikrobus. Dar visai neseniai mokslininkai manė, kad tai tiesiog dėl to, kad jis veikė kaip mechaninis barjeras, sulaikantis bakterijas ir kitus patogenus. Tačiau Ribbecko darbai parodė, kad gleivės vaidina daug niuansesnį vaidmenį.
Pagrindinės gleivių sudedamosios dalys yra mucinai – ilgi, į butelių šepetėlį panašūs baltymai su daugybe cukraus molekulių, vadinamų glikanais. Ribbeckas nustatė, kad mucinai iš tikrųjų sutrikdo daugelį pagrindinių infekcinių bakterijų funkcijų. Ji sako, kad esant mucinams, bruožai, dėl kurių šie patogenai tampa virulentiški, yra žymiai sumažėję. Tai apima toksinų išsiskyrimą, gebėjimą kalbėtis tarpusavyje ir gebėjimą prisitvirtinti prie ląstelių paviršių.
Nutraukus šias galias, bakterijos nebegali kolonizuotis ant paviršiaus, kad susidarytų patvarūs gleivingi sluoksniai, vadinami bioplėvelėmis, kurios yra žalingesnės nei ląstelės atskirai: gali sukelti daugybę sveikatos problemų, įskaitant dantų ertmes ir opas, ir gali būti mirtina žmonėms, sergantiems cistine fibroze.
Ribbecko laboratorija tai išsiaiškino išvalydama kiaulės skrandžio gleives, kad išskirtų muciną, vadinamą MUC5AC, kuris yra susijęs su žmogaus kvėpavimo takuose ir skrandyje esančiu mucinu. Tada mokslininkai sukūrė trimates matricas su mucinu ir be jo ir įterpė infekcines bakterijas, vadinamas P. aeruginosa Abejuose. Matricoje esančios bakterijos be MUC5AC prisitvirtino prie matricos paviršiaus ir sudaro tankias bioplėveles. MUC5AC matricoje bioplėvelės nesusidarė. Tačiau kai tyrėjai ištrynė bakterijų geną, leidžiantį joms toliau judėti, jie aptiko kai ką įdomaus: infekcinės bakterijos MUC5AC matricoje susikaupė, imituodamos medžiagą, kuri kaupiasi ir susidaro neįprastai storos gleivės sergant cistine fibroze. Ribbeckas nustatė, kad tai reiškia, kad nors mucinas sulaiko tokius dalykus kaip dulkės ir kitos įkvepiamos dalelės, bakterijų atveju jis veikia priešingai, neleidžia jas judėti, kad nesusidarytų bioplėvelės. Jos grupė nustatė, kad tas pats pasakytina ir apie kitų rūšių mikrobus, įskaitant Candida .
Ribbecko tyrimai taip pat atskleidė, kad glikanai - sudėtingos cukraus molekulės, esančios mucine - yra raktas į jo gebėjimą užkirsti kelią patogenams. Buvo manoma, kad pagrindinis jų vaidmuo buvo padaryti mucino polimerus standžius, o jos laboratorija ir kiti išskyrė glikanus, kad galėtų suskaičiuoti, kiek skirtingų tipų yra. Pasirodo, mucinuose yra šimtai skirtingų glikanų. Tačiau neskaitant jų, Ribbeckas taip pat palygino glikanus, esančius skirtingose kūno vietose, ir pradėjo tyrinėti, ką jie iš tikrųjų veikia. Palyginusi natūralius mucinus su mucinais, kurių glikanai buvo pašalinti, ji išsiaiškino, kad šie cukrūs yra būtini mucinų gebėjimui atbaidyti bakterijas ir neleisti joms prisitvirtinti prie paviršių. Iš pradžių nustebinta šio radinio, ji suprato, kad glikanai motinos piene atlieka panašią funkciją – padeda kūdikiams išlikti sveikiems, nes jie yra tirpūs receptoriai, kurie iš esmės atitraukia patogenus, neleisdami jiems prilipti ten, kur gali sukelti infekciją. Tam tikra prasme, anot jos, gleivės suaugusiems yra kaip motinos pienas.
Ribbeckas dabar tiria konkrečias šimtų glikanų, kurie išsivystė, kad galėtų įvairiais būdais sąveikauti su skirtingais patogenais ir išjungti juos, funkcijas. Ji mano, kad mucinai turi didžiulę skirtingų molekulių biblioteką, kurios yra paruoštos patikrinti, kad būtų galima paveikti bet kokius mikrobus, nesvarbu, ar tai virusai, bakterijos, grybeliai ar parazitai. Įsivaizduokite, kaip tai gražu, sako ji.
Inžinieriai jau seniai domėjosi gleives imituojančių medžiagų kūrimu, daugiausia dėl jų tepimo savybių. Tačiau intriguojantys antimikrobiniai bruožai, kuriuos atskleidė Ribbecko laboratorija, paskatino daugelį tyrėjų pradėti dirbti su sintetinėmis mucinų versijomis, kurios gali būti naudojamos infekcinėms ligoms gydyti ar jų prevencijai. Kai kurie preliminarūs Ribbecko laboratorijos tyrimai rodo, kad mucinai gali veiksmingai gydyti žaizdas, užkrėstas bakterijomis, kurios yra atsparios tradiciniams antibiotikams.
Diagnostikos priemonė
Ribbecko laboratorija taip pat analizuoja lipnumo ir kitų biofizinių savybių gleivių savybės ligos metu keičiasi , kuris galėtų padėti mokslininkams atrasti biologinius žymenis, kurie galėtų būti naudojami diagnozuojant daugybę skirtingų ligų. Pastaraisiais metais ji paskelbė tyrimų, rodančių, kad nėščių moterų gimdos kaklelio gleivių pokyčiai gali atskleisti jų riziką per anksti pradėti gimdymą.
Daugiau nei 10 % kūdikių, gimusių visame pasaulyje, gimsta prieš pilną laikotarpį, ty 37 nėštumo savaitę, tačiau nebuvo patikimo būdo numatyti priešlaikinį gimdymą. Tikėdamasis sugalvoti naudingą prognozę, Ribbeckas išanalizavo chemines ir mechanines gimdos kaklelio gleivių savybes. Ji nustatė, kad moterų, kurioms didelė ankstyvo gimdymo rizika, gleivės yra mechaniškai silpnesnės, elastingesnės, pralaidesnės ir mažiau lipnios. Gali atsirasti priešlaikinis gimdymas, nes gimdos kaklelio gleivės yra jautresnės mikrobų, galinčių sukelti infekciją, invazijai.
Kitos gleives keičiančios sąlygos yra virškinimo ligos, tokios kaip Krono ir opinis kolitas, taip pat kvėpavimo takų ligos. Ribbecko teigimu, diagnostikos šventasis gralis yra susieti seilių sudėties pokyčius su ligomis, kurios paveikia viso kūno gleivinės paviršius.
Jei jūsų burnoje susidaro nenormalios gleivės, yra tikimybė, kad tai galioja ir kitoms kūno dalims, sako ji. Taigi galime iš seilių atpažinti nutolusių gleivinių paviršių ligas. Tai bus labai įdomu, nes, žinoma, tai neinvazinė, tačiau informatyvi.
Grossology 101
Ribbeck sako, kad jos tyrimai yra natūrali vaikų susidomėjimo tema, kuria ji pasinaudoja, kad sudomintų juos mokslu. Grossology vasaros sesijose, rengiamose Bostono mokslo muziejuje, ji ir jos mokiniai moko pradinių ir vidurinių mokyklų moksleivius, kaip gaminti polimerinius tinklus, kaip pasirinktą medžiagą naudojant gleives. Vaikai taip pat sužino apie unikalias gleivių barjerines savybes ir kodėl jos yra tokios gleivingos.
Čia norima iš tikrųjų pristatyti lauką ateinančioms kartoms, kad jos užaugtų suprasdamos, kad gleivės nėra atliekų produktas. Ji sako, kad tai yra neatsiejama mūsų fiziologijos dalis ir tikrai svarbi mūsų sveikatos dalis.
Ji taip pat kuria vaikišką knygą, kurioje vaidina formą keičiantis personažas, pagamintas iš gleivių, pabrėžiantis daugybę vaidmenų, kuriuos jos atlieka mūsų kūne.
Vaikus tikrai žavi gleivės, ir aš manau, kad dalis to susižavėjimo suaugusiems gali neišnykti, sako Ribbeckas. Kitas dalykas, dėl kurio tiek daug žmonių, įskaitant mane, tai intriguoja, yra nuostabos elementas, kai randate tokius išskirtinius ir elegantiškus inžinerinius kūrinius, tokius kaip gleivės.