Το κολλώδες εξωτερικό στρώμα των μυκήτων και των βακτηρίων, που ονομάζεται «εξωκυτταρική μήτρα» ή ECM, έχει την υφή ζελέ και λειτουργεί ως προστατευτικό στρώμα και κέλυφος. Ωστόσο, σύμφωνα με μια πρόσφατη μελέτη στο περιοδικό iScience, που διεξήχθη από το Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης Amherst σε συνεργασία με το Πολυτεχνικό Ινστιτούτο Worcester, το ECM ορισμένων μικροοργανισμών σχηματίζει ένα πήκτωμα μόνο παρουσία οξαλικού οξέος ή άλλων απλών οξέων. Επειδή το ECM παίζει σημαντικό ρόλο σε όλα, από την αντοχή στα αντιβιοτικά έως τους φραγμένους σωλήνες και τη μόλυνση των ιατρικών συσκευών, η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι μικροοργανισμοί χειρίζονται τα κολλώδη στρώματα ζελέ τους έχει ευρείες επιπτώσεις στην καθημερινότητά μας.

«Πάντα με ενδιέφεραν οι μικροβιακές εξωκυττάριες κυτταρικές μάζες (ECMs),» δήλωσε ο Barry Goodell, καθηγητής μικροβιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης στο Άμχερστ και κύριος συγγραφέας της μελέτης. «Οι άνθρωποι συχνά σκέφτονται την ECM ως ένα αδρανές προστατευτικό εξωτερικό στρώμα που προστατεύει τους μικροοργανισμούς. Αλλά μπορεί επίσης να χρησιμεύσει ως αγωγός για θρεπτικά συστατικά και ένζυμα μέσα και έξω από τα μικροβιακά κύτταρα».
Η επικάλυψη εξυπηρετεί διάφορες λειτουργίες: η κολλώδης φύση της σημαίνει ότι μεμονωμένοι μικροοργανισμοί μπορούν να συσσωματωθούν σχηματίζοντας αποικίες ή «βιοφίλμ», και όταν αρκετοί μικροοργανισμοί το κάνουν αυτό, μπορεί να φράξουν σωλήνες ή να μολύνουν ιατρικό εξοπλισμό.
Αλλά το κέλυφος πρέπει επίσης να είναι διαπερατό: πολλοί μικροοργανισμοί εκκρίνουν διάφορα ένζυμα και άλλους μεταβολίτες μέσω της εξωκυτταρικής μεμβράνης (ECM), στο υλικό που θέλουν να φάνε ή να μολύνουν (όπως σάπιο ξύλο ή ιστό σπονδυλωτών) και στη συνέχεια, μόλις τα ένζυμα ολοκληρώσουν το έργο τους, το έργο της πέψης είναι η επιστροφή των θρεπτικών συστατικών πίσω μέσω της ECM.
Αυτό σημαίνει ότι η εξωκυτταρική μεμβράνη (ECM) δεν είναι απλώς ένα αδρανές προστατευτικό στρώμα. Μάλιστα, όπως απέδειξαν ο Goodell και οι συνεργάτες του, οι μικροοργανισμοί φαίνεται να έχουν την ικανότητα να ελέγχουν το ιξώδες της εξωκυτταρικής μεμβράνης (ECM) τους και επομένως τη διαπερατότητά της. Πώς το κάνουν αυτό;
Στους μύκητες, η έκκριση φαίνεται να είναι οξαλικό οξύ, ένα κοινό οργανικό οξύ που υπάρχει φυσικά σε πολλά φυτά, και, όπως ανακάλυψαν ο Goodell και οι συνάδελφοί του, πολλοί μικροοργανισμοί φαίνεται να χρησιμοποιούν το οξαλικό οξύ που εκκρίνουν για να συνδεθούν με εξωτερικά στρώματα υδατανθράκων, σχηματίζοντας μια κολλώδη ουσία, μια ζελέ-σαν εξωκυτταρική κυτταρική μάζα (ECM).
Όταν όμως η ομάδα εξέτασε πιο προσεκτικά, ανακάλυψε ότι το οξαλικό οξύ όχι μόνο βοήθησε στην παραγωγή της εξωκυτταρικής πρωτεΐνης (ECM), αλλά και τη «ρύθμισε»: όσο περισσότερο οξαλικό οξύ πρόσθεσαν τα μικρόβια στο μείγμα υδατανθράκων-οξέων, τόσο πιο ιξώδες γινόταν η ECM. Όσο πιο ιξώδες γίνεται η ECM, τόσο περισσότερο εμποδίζει τα μεγάλα μόρια να εισέλθουν ή να εξέλθουν από το μικρόβιο, ενώ τα μικρότερα μόρια παραμένουν ελεύθερα να εισέλθουν στο μικρόβιο από το περιβάλλον και αντίστροφα.
Αυτή η ανακάλυψη αμφισβητεί την παραδοσιακή επιστημονική κατανόηση του πώς οι διαφορετικοί τύποι ενώσεων που απελευθερώνονται από μύκητες και βακτήρια στην πραγματικότητα φτάνουν από αυτούς τους μικροοργανισμούς στο περιβάλλον. Ο Goodell και οι συνεργάτες του υπέδειξαν ότι σε ορισμένες περιπτώσεις οι μικροοργανισμοί μπορεί να βασίζονται περισσότερο στην έκκριση πολύ μικρών μορίων για να επιτεθούν στον εξωκυττάριο πυρήνα ή ιστό από τον οποίο εξαρτάται ο μικροοργανισμός για να επιβιώσει ή να μολυνθεί. Αυτό σημαίνει ότι η έκκριση μικρών μορίων μπορεί επίσης να παίζει μεγάλο ρόλο στην παθογένεση εάν μεγαλύτερα ένζυμα δεν μπορούν να περάσουν από τον εξωκυττάριο πυρήνα του μικροβίου.
«Φαίνεται να υπάρχει μια μέση λύση», είπε ο Goodell, «όπου οι μικροοργανισμοί μπορούν να ελέγχουν τα επίπεδα οξύτητας για να προσαρμοστούν σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον, διατηρώντας ορισμένα από τα μεγαλύτερα μόρια, όπως τα ένζυμα, επιτρέποντας παράλληλα στα μικρότερα μόρια να περνούν εύκολα μέσω της εξωκυτταρικής μεμβράνης (ECM). «Η διαμόρφωση της ECM με οξαλικό οξύ μπορεί να είναι ένας τρόπος για τους μικροοργανισμούς να προστατευτούν από τα αντιμικροβιακά και τα αντιβιοτικά, καθώς πολλά από αυτά τα φάρμακα αποτελούνται από πολύ μεγάλα μόρια. Αυτή η ικανότητα προσαρμογής θα μπορούσε να είναι το κλειδί για την υπερνίκηση ενός από τα σημαντικότερα εμπόδια στην αντιμικροβιακή θεραπεία, καθώς ο χειρισμός της ECM για να γίνει πιο διαπερατή θα μπορούσε να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα των αντιβιοτικών και των αντιμικροβιακών».

«Αν μπορούμε να ελέγξουμε τη βιοσύνθεση και την έκκριση μικρών οξέων όπως το οξαλικό σε ορισμένα μικρόβια, τότε μπορούμε επίσης να ελέγξουμε τι εισέρχεται στα μικρόβια, κάτι που θα μπορούσε να μας επιτρέψει να θεραπεύσουμε καλύτερα πολλές μικροβιακές ασθένειες», δήλωσε ο Goodell.
Τον Δεκέμβριο του 2022, ο μικροβιολόγος Yasu Morita έλαβε επιχορήγηση από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας για την υποστήριξη έρευνας που είχε ως τελικό στόχο την ανάπτυξη νέων, πιο αποτελεσματικών θεραπειών για τη φυματίωση.

Αν θέλετε περισσότερες πληροφορίες, παρακαλώ στείλτε μου ένα email.
E-mail:
info@pulisichem.cn
Τηλ.:
+86-533-3149598