Det klibbiga yttre lagret av svampar och bakterier, kallat "extracellulär matris" eller ECM, har konsistensen av gelé och fungerar som ett skyddande lager och skal. Men enligt en nyligen publicerad studie i tidskriften iScience, utförd av University of Massachusetts Amherst i samarbete med Worcester Polytechnic Institute, bildar ECM hos vissa mikroorganismer en gel endast i närvaro av oxalsyra eller andra enkla syror. Eftersom ECM spelar en viktig roll i allt från antibiotikaresistens till igensatta rör och kontaminering av medicintekniska produkter, har förståelsen av hur mikroorganismer manipulerar deras klibbiga gellager breda konsekvenser för våra dagliga liv.

”Jag har alltid varit intresserad av mikrobiella ECM”, säger Barry Goodell, professor i mikrobiologi vid University of Massachusetts Amherst och huvudförfattare till artikeln. ”Folk tänker ofta på ECM som ett inert skyddande yttre lager som skyddar mikroorganismer. Men det kan också fungera som en kanal för näringsämnen och enzymer in och ut ur mikrobiella celler.”
Beläggningen har flera funktioner: dess klibbighet gör att enskilda mikroorganismer kan klumpa ihop sig och bilda kolonier eller ”biofilmer”, och när tillräckligt många mikroorganismer gör detta kan den täppa till rör eller kontaminera medicinsk utrustning.
Men skalet måste också vara permeabelt: många mikroorganismer utsöndrar olika enzymer och andra metaboliter ut genom ECM, till det material de vill äta eller infektera (såsom ruttet trä eller ryggradsvävnad), och sedan, när enzymerna har slutfört sitt arbete, utför de uppgiften att matsmälta – de returnerar näringsämnen tillbaka genom ECM.
Det här betyder att ECM inte bara är ett inert skyddande lager; i själva verket, som Goodell och kollegor visade, verkar mikroorganismer ha förmågan att kontrollera viskositeten hos sin ECM och därmed dess permeabilitet. Hur gör de det?
Hos svampar verkar utsöndringen vara oxalsyra, en vanlig organisk syra som förekommer naturligt i många växter, och, som Goodell och hans kollegor upptäckte, verkar många mikroorganismer använda den oxalsyra de utsöndrar för att binda till yttre lager av kolhydrater, vilket bildar en klibbig substans, geléliknande ECM.
Men när teamet tittade närmare upptäckte de att oxalsyra inte bara hjälpte till att producera ECM, utan också "reglerade" det: ju mer oxalsyra mikroberna tillsatte till kolhydrat-syrablandningen, desto mer viskös blev ECM. Ju mer viskös ECM blir, desto mer blockerar den stora molekyler från att komma in i eller lämna mikroben, medan mindre molekyler förblir fria att komma in i mikroben från omgivningen och vice versa.
Denna upptäckt utmanar traditionell vetenskaplig förståelse av hur de olika typer av föreningar som frigörs av svampar och bakterier faktiskt kommer från dessa mikroorganismer till miljön. Goodell och kollegor föreslog att mikroorganismer i vissa fall kan behöva förlita sig mer på utsöndring av mycket små molekyler för att attackera matrisen eller vävnaden som mikroorganismen är beroende av för att överleva eller bli infekterad. Detta innebär att utsöndring av små molekyler också kan spela en stor roll i patogenesen om större enzymer inte kan passera genom den mikrobiella extracellulära matrisen.
"Det verkar finnas en medelväg", sa Goodell, "där mikroorganismer kan kontrollera surhetsnivåerna för att anpassa sig till en viss miljö, samtidigt som de behåller några av de större molekylerna, såsom enzymer, samtidigt som mindre molekyler lätt kan passera genom ECM. Modulering av ECM med oxalsyra kan vara ett sätt för mikroorganismer att skydda sig mot antimikrobiella medel och antibiotika, eftersom många av dessa läkemedel består av mycket stora molekyler. Det är denna anpassningsförmåga som kan vara nyckeln till att övervinna ett av de största hindren inom antimikrobiell behandling, eftersom manipulering av ECM för att göra den mer permeabel kan förbättra effektiviteten hos antibiotika och antimikrobiella medel."

"Om vi ​​kan kontrollera biosyntesen och utsöndringen av små syror som oxalat i vissa mikrober, kan vi också kontrollera vad som går in i mikroberna, vilket skulle kunna göra det möjligt för oss att bättre behandla många mikrobiella sjukdomar", sa Goodell.
I december 2022 fick mikrobiologen Yasu Morita ett anslag från National Institutes of Health för att stödja forskning som i slutändan syftar till att utveckla nya, mer effektiva behandlingar för tuberkulos.

Om du vill ha mer information, vänligen skicka mig ett e-postmeddelande.
E-post:
info@pulisichem.cn
Tel:
+86-533-3149598