Sonde erweitert das Verständnis der Homöostase der Mundhöhle

Ihr Mund ist eine entscheidende Schnittstelle zwischen der Außenwelt und dem Inneren Ihres Körpers. Alles, was Sie atmen, kauen oder trinken, interagiert mit Ihrer Mundhöhle – den Proteinen und den Mikroben, einschließlich Mikroben, die uns schaden können. Wenn etwas schief geht, kann das Ergebnis von milden Folgen wie Mundgeruch über schwerwiegende Folgen wie Zahn- und Zahnfleischverfall bis hin zu schwerwiegenderen Auswirkungen auf den Darm und andere Körperteile reichen.

Obwohl das orale Mikrobiom eine entscheidende Rolle als vorderste Verteidigungslinie für die Gesundheit und Krankheit des Menschen spielt, wissen wir immer noch sehr wenig über die Feinheiten der Wirt-Mikroben-Interaktionen in der komplexen physiologischen Umgebung des Mundes; Ein besseres Verständnis dieser Wechselwirkungen ist der Schlüssel zur Entwicklung von Behandlungen für menschliche Krankheiten.

In einer aktuellen Studie veröffentlicht in PNAS, ein Team von Wissenschaftlern vom MIT und anderswo, enthüllte, dass eines der am häufigsten vorkommenden Proteine ​​in unserem Speichel an die Oberfläche ausgewählter Mikroben im Mund bindet. Die Ergebnisse geben Aufschluss darüber, welche Rolle Speichelproteine ​​und Schleim bei der Aufrechterhaltung des Mundhöhlen-Mikrobioms spielen.

An der Zusammenarbeit waren Mitglieder der Labore von Barbara Imperiali in der MIT-Abteilung für Biologie und Laura Kiessling in der MIT-Abteilung für Chemie sowie die Gruppen von Stefan Ruhl an der University at Buffalo School of Dental Medicine und Catherine Grimes an der University of beteiligt Delaware.

Die Arbeit konzentriert sich auf ein häufig vorkommendes Mundhöhlenprotein namens Zymogen Granula Protein 16 Homolog B (ZG16B). Die übergeordneten Ziele des Projekts waren das Finden der Interaktionspartner von ZG16B und das Gewinnen von Einblicken in seine Funktion. Um dies zu erreichen, entwickelten Soumi Ghosh, ein Postdoktorand im Imperiali-Labor, und Kollegen ZG16B, um Reporter-Tags wie Fluorophore hinzuzufügen. Sie nannten diese modifizierten Proteine ​​„Mikrobielle Glykan-Analysesonden (mGAPs)“, weil sie es ihnen ermöglichten, ZG16B-Bindungspartner mithilfe komplementärer Methoden zu identifizieren. Sie wandten die Sonden an Proben gesunder oraler Mikrobiome an, um Zielmikroben und Bindungspartner zu identifizieren.

Die Ergebnisse begeisterten sie.

„ZG16B band nicht nur an zufällige Bakterien. Es konzentrierte sich stark auf bestimmte Arten, darunter ein kommensales Bakterium namens Streptococcus vestibularis“, sagt Ghosh, der Erstautor der Arbeit.

Kommensale Bakterien kommen in einem normalen, gesunden Mikrobiom vor und verursachen keine Krankheiten.

Mithilfe der mGAPs zeigte das Team, dass ZG16B an Zellwand-Polysaccharide der Bakterien bindet, was darauf hindeutet, dass es sich bei ZG16B um ein Lektin, ein Kohlenhydrat-bindendes Protein, handelt. Im Allgemeinen sind Lektine für Zell-Zell-Interaktionen, Signalwege und einige angeborene Immunantworten gegen Krankheitserreger verantwortlich. „Dies ist das erste Mal, dass experimentell nachgewiesen wurde, dass ZG16B als Lektin wirkt, weil es an die Kohlenhydrate auf der Zelloberfläche oder Zellwand der Bakterien bindet“, betont Ghosh.

Es wurde auch gezeigt, dass ZG16B Mucin 7 (MUC7), ein Speichelglykoprotein in der Mundhöhle, rekrutiert. Zusammengenommen legen die Ergebnisse nahe, dass ZG16B dazu beitragen kann, ein gesundes Gleichgewicht im oralen Mikrobiom aufrechtzuerhalten, indem es einen Komplex mit MUC7 und bestimmten Bakterien bildet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ZG16B die Häufigkeit der Bakterien reguliert, indem es ein übermäßiges Wachstum durch Agglutination verhindert, wenn die Bakterien ein bestimmtes Wachstumsniveau überschreiten.

„ZG16B scheint daher als fehlendes Glied im System zu fungieren; es bindet an verschiedene Arten von Glykanen – die mikrobiellen Glykane und die Mucin-Glykane – und sorgt letztendlich für ein gesundes Gleichgewicht in unserer Mundhöhle“, sagt Ghosh.

Weitere Arbeiten mit dieser Sonde und Proben des oralen Mikrobioms von gesunden und kranken Probanden könnten auch die Bedeutung des Lektins für die Mundgesundheit und -erkrankungen aufzeigen.

Derzeit liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung und Anwendung zusätzlicher mGAPs, die auf anderen menschlichen Lektinen basieren, wie sie beispielsweise in Serum, Leber und Darm vorkommen, um ihre Bindungsspezifitäten und ihre Rolle bei Wirt-Mikroben-Interaktionen aufzudecken.

„Die im Rahmen dieser Zusammenarbeit durchgeführte Forschung veranschaulicht die Art von Synergie, die mich vor fünf Jahren begeistert hat, ans MIT zu wechseln“, sagt Kiessling. „Ich konnte mit herausragenden Wissenschaftlern zusammenarbeiten, die mein Interesse an der Chemie und Biologie der Kohlenhydrate teilen.“

Kiessling und Imperiali, beide leitende Autoren des Artikels, haben den Begriff für die von ihnen entwickelten Sonden erfunden: „mGAPS, um die Lücken zu füllen“ in unserem Verständnis der Rolle von Lektinen im menschlichen Mikrobiom, so Ghosh.

„Wenn wir Therapeutika gegen bakterielle Infektionen entwickeln wollen, brauchen wir ein besseres Verständnis der Wirt-Mikroben-Interaktionen“, sagt Ghosh. „Die Bedeutung unserer Studie besteht darin, zu beweisen, dass wir sehr gute Sonden für mikrobielle Glykane herstellen, ihre Bedeutung für die Frontverteidigung des Immunsystems herausfinden und letztendlich einen therapeutischen Ansatz für Krankheiten entwickeln können.“

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von MIT News erneut veröffentlicht (web.mit.edu/newsoffice/), eine beliebte Website mit Neuigkeiten über MIT-Forschung, Innovation und Lehre.