Die Forschung ist die erste, die das Geheimnis des mikrobiellen Schleims entschlüsselt

Die schleimige äußere Schicht aus Pilzen und Bakterien, die als „extrazelluläre Matrix“ oder ECM bekannt ist, hat die Konsistenz von Gelee und fungiert als Schutz- und Hüllschicht. Aber laut einer aktuellen Studie in der Zeitschrift iScienceLaut einer von der University of Massachusetts Amherst in Zusammenarbeit mit dem Worcester Polytechnic Institute durchgeführten Studie geliert die ECM einiger Mikroben nur, wenn Oxalsäure oder andere einfache Säuren vorhanden sind.

Da die ECM bei allem eine Rolle spielt, von der Antibiotikaresistenz bis hin zu verstopften Leitungen und verschmutzten medizinischen Instrumenten, hat das Verständnis, wie Mikroben ihre klebrigen Gelschichten manipulieren, weitreichende Auswirkungen auf unser tägliches Leben.

„Ich habe mich schon immer für die mikrobielle ECM interessiert“, sagt Barry Goodell, Professor für Mikrobiologie an der UMass Amherst und leitender Autor des Artikels. „Menschen verstehen die ECM normalerweise als eine inerte schützende äußere Schicht, die die Mikrobe abschirmt. Sie fungiert aber auch als Kanal, der Nährstoffe und Enzyme in die mikrobiellen Zellen hinein und aus ihnen heraus ermöglicht.“

Eine Hüllschicht hat eine Reihe von Funktionen: Aufgrund ihrer Klebrigkeit können sich einzelne Mikroben zu einer Kolonie, einem „Biofilm“, zusammenballen, und wenn genügend Mikroben dies tun, kann sie Rohre verstopfen oder medizinische Geräte kontaminieren.

Aber auch die Hüllschicht muss durchlässig sein. Viele Mikroben sezernieren verschiedene Enzyme und andere Metaboliten durch die ECM nach außen in ein Material, das sie fressen oder infizieren möchten – beispielsweise verrottendes Holz oder Wirbeltiergewebe – und ziehen dann, sobald die Enzyme ihre Verdauungsarbeit erledigt haben, nährstoffreiche Verbindungen durch die ECM zurück ECM.

Das bedeutet, dass das ECM nicht einfach nur eine inerte Schutzschicht ist; Tatsächlich scheinen Mikroben, wie Goodell und seine Kollegen gezeigt haben, die Macht zu haben, zu kontrollieren, wie viskos – und damit wie durchlässig – ihre ECM ist. Wie machen sie das?

Bei Pilzen scheint das Geheimnis Oxalsäure zu sein, eine häufig vorkommende organische Säure, die natürlicherweise in vielen Pflanzen vorkommt. Wie Goodell und seine Kollegen herausfanden, scheinen viele Mikroben die von ihnen abgesonderte Oxalsäure zu nutzen, um sich mit der äußeren Kohlenhydratschicht zu verbinden und eine klebrige, gelartige ECM zu bilden.

Doch als das Team genauer hinsah, entdeckten sie, dass die Oxalsäure nicht nur zur Bildung der ECM beiträgt, sondern sie auch „abstimmt“: Je mehr Oxalsäure die Mikrobe dem Kohlenhydrat-Säure-Gemisch hinzufügt, desto viskoser wird die ECM. Und je viskoser die ECM wird, desto mehr kann sie große Moleküle daran hindern, in die Mikrobe einzudringen oder diese zu verlassen, während kleinere Moleküle immer noch ungehindert aus der Umgebung in die Mikrobe gelangen können und umgekehrt.

Dieser Befund stellt das herkömmliche wissenschaftliche Verständnis darüber in Frage, wie verschiedene Arten von Verbindungen, die von Pilzen und Bakterien abgesondert werden, tatsächlich von diesen Mikroben in ihre Umgebung gelangen. Goodell und Kollegen gehen davon aus, dass sich die Mikroben in manchen Fällen möglicherweise stärker auf die Sekretion sehr kleiner Moleküle verlassen müssen, um die Substrate oder Gewebe anzugreifen, von denen sich die Mikroben ernähren oder die sie infizieren.

Dies würde bedeuten, dass die Sekretion kleiner Moleküle möglicherweise auch eine größere Rolle bei der Pathogenese spielt, wenn größere Enzyme die mikrobielle extrazelluläre Matrix nicht passieren können.

„Es scheint einen optimalen Punkt zu geben“, sagt Goodell, „an dem die Mikrobe ihren Säuregehalt kontrollieren kann, um sich an ihre spezifische Umgebung anzupassen, indem sie einige größere Moleküle, wie Enzyme, fernhält, während kleinere Moleküle die ECM problemlos passieren können.“

Durch die Optimierung der ECM mithilfe von Oxalsäure können sich Mikroben möglicherweise vor antimikrobiellen und antibiotischen Medikamenten schützen, da viele dieser Medikamente aus sehr großen Molekülen bestehen. Diese Abstimmbarkeit könnte der Schlüssel zur Überwindung einer der größten Hürden bei antimikrobiellen Arzneimitteltherapien sein, da die Manipulation der ECM, um sie durchlässiger zu machen, möglicherweise die Wirksamkeit von Antibiotika und antimikrobiellen Mitteln verbessern könnte.

„Wenn wir die Biosynthese und Sekretion kleiner Säuren wie Oxalsäure in einigen Mikroben kontrollieren können“, sagt Goodell, „sollten wir auch in der Lage sein, zu kontrollieren, was in die Mikrobe gelangen kann, was uns möglicherweise bessere Behandlungen für eine Vielzahl mikrobieller Krankheiten ermöglichen könnte.“ .“