שחפת, המחלה הזיהומית הקטלנית ביותר בעולם, מעריכה כי היא מדביקה כ -10 מיליון איש בכל שנה, והורג יותר ממיליון שנה בשנה. לאחר שהוקם בריאות, דופן התא העבה של החיידקים עוזר לו להילחם במערכת החיסון המארחת.
חלק גדול מדופן התא הזה עשוי ממולקולות סוכר מורכבות המכונות גליקנים, אך לא מובן היטב כיצד אותם גליקנים עוזרים להגן על החיידקים. סיבה אחת לכך היא שלא הייתה דרך קלה לתייג אותם בתוך תאים.
כימאי MIT התגברו כעת על המכשול הזה, והדגימו שהם יכולים לתייג גליקאן בשם מנלאם באמצעות מולקולה אורגנית המגיבה עם סוכרים ספציפיים המכילים גופרית. סוכרים אלה נמצאים בשלושה מינים חיידקיים בלבד, הידועים לשמצה והנפוצים ביותר מהם שחפת Mycobacteriumהמיקרוב הגורם לשחפת.
לאחר תיוג הגליקאן, החוקרים הצליחו לדמיין היכן הוא ממוקם בתוך דופן התא החיידקי, ולחקור מה קורה במהלך הימים הראשונים של זיהום בשחפת של תאי חיסון מארחים.
החוקרים מקווים כעת להשתמש בגישה זו כדי לפתח אבחון שיכול לאתר גליקנים הקשורים לשחפת, בין אם בתרבות או במדגם שתן, שיכול להציע אלטרנטיבה זולה ומהירה יותר לאבחון הקיים. צילומי רנטגן בחזה ואבחון מולקולרי מדויקים מאוד אך לא תמיד זמינים במדינות מתפתחות בהן שיעורי השחפת גבוהים. במדינות אלה, שחפת מאובחנת לרוב על ידי טיפוח מיקרובים מדגימת כיח, אך לבדיקה זו יש קצב שלילי כוזב גבוה, וזה יכול להיות קשה לחלק מהמטופלים, במיוחד לילדים, לספק מדגם כיח. בדיקה זו דורשת גם שבועות רבים כדי שהחיידקים יגדלו, ומעכבים את האבחנה.
אין הרבה אפשרויות אבחון טובות, ויש כמה אוכלוסיות מטופלות, כולל ילדים, שמתקשים לתת דוגמאות שניתן לנתח. יש הרבה תנופה לפתח בדיקות פשוטות ומהירות מאוד. "
לורה קיסלינג, הפרופסור לכימיה של נוברטיס ב- MIT וסופרת הבכירה של המחקר
הסטודנטית לתואר שני ב- MIT, סטפני סמיילנסקי, היא המחברת הראשית של העיתון, המופיעה השבוע ב המשך האקדמיה הלאומית למדעיםו מחברים אחרים כוללים את צ'י-וואנג מא, פוסט-דוק של MIT; ויקטוריה מרנדו PhD '23; גרגורי באבונוביץ ', פוסט -דוק בבית הספר לבריאות הציבור של הרווארד; אז לי הצעיר, סטודנט לתואר שני ב- MIT; ובריאן ברייסון, פרופסור חבר להנדסה ביולוגית ב- MIT.
תיוג גליקנים
גליקנים נמצאים על משטחי מרבית התאים, שם הם מבצעים פונקציות קריטיות כמו תיווך תקשורת בין תאים. בחיידקים, הגליקנים עוזרים לחיידקים להיכנס לתאים מארחים, ונראה שהם גם מתקשרים עם מערכת החיסון המארחת, בחלק מהמקרים חוסמים את התגובה החיסונית.
"שחפת Mycobacterium יש מעטפת תאים מורחבת באמת בהשוואה לחיידקים אחרים, וזה מבנה עשיר המורכב מהרבה גליקנים שונים, "אומר סמיילנסקי." משהו שלעתים קרובות מוערך הוא העובדה שגליקנים אלה יכולים גם לקיים אינטראקציה עם התאים המארחים שלנו. כאשר תאי החיסון שלנו מזהים את הגליקנים הללו, במקום לשלוח אות סכנה, זה יכול לשלוח את ההודעה ההפוכה, שאין סכנה. "
קשה לתייג את הגליקנים לשמצה עם סוג כלשהו של בדיקה, מכיוון שבניגוד לחלבונים או ל- DNA, אין להם רצפים ייחודיים או פעולות תגמול כימיות שניתן למקד. ובניגוד לחלבונים, הם אינם מקודדים גנטית, ולכן לא ניתן להנדס גנטית תאים כדי לייצר סוכרים המסומנים בתגי פלורסנט כמו חלבון פלורסנט ירוק.
אחד הגליקנים העיקריים ב מ 'שחפתהמכונה Manlam, מכיל סוכר נדיר המכונה MTX, וזה יוצא דופן בכך שיש לו תושב – אטום גופרית המסומן בין שני אטומי פחמן. קבוצה כימית זו הציגה הזדמנות להשתמש בתג של מולקולה קטנה שפותחה בעבר לתיוג מתיונין, חומצת אמינו המכילה קבוצה דומה.
החוקרים הראו שהם יכולים להשתמש בתג זה, המכונה אוקסזירידין, כדי לתייג את מנלאם מ 'שחפתו החוקרים קישרו את האוקסאזירידין לבדיקה פלואורסצנטית והראו כי ב מ 'שחפתתג זה הופיע בשכבה החיצונית של דופן התא. כאשר החוקרים חשפו את התווית ל Mycobacterium smegmatisחיידק קשור שאינו גורם למחלות ואין לו את ה- MTX הסוכר, הם לא ראו אות ניאון.
"זו הגישה הראשונה שבאמת מאפשרת לנו באופן סלקטיבי לדמיין גליקאן אחד בפרט", אומר סמלנסקי.
אבחון טוב יותר
החוקרים הראו גם כי לאחר תיוג של מנלאם ב מ 'שחפת תאים, הם יכלו לעקוב אחר התאים כשהם נגועים בתאי חיסון הנקראים מקרופאגים. חלק מהחוקרים בשחפת העניקו כי תאי החיידקים שופכים את מנלאם פעם אחת בתא מארח, וכי אז הגליקנים החופשיים מקיימים אינטראקציה עם מערכת החיסון המארחת. עם זאת, צוות ה- MIT מצא כי נראה כי הגליקאן נשאר בדפנות תאי החיידק לפחות בימים הראשונים של הזיהום.
"לחיידקים עדיין מחוברים אליהם קירות התא שלהם. כך יתכן שחלק מהגליקאן משתחרר, אך רובם נשמר על פני התא החיידקים, שמעולם לא הוצג לפני כן", אומר סמלינסקי.
החוקרים מתכננים כעת להשתמש בגישה זו כדי לחקור את מה שקורה לחיידקים בעקבות טיפול באנטיביוטיקה שונה, או גירוי חיסוני של המקרופאגים. זה יכול לשמש גם כדי ללמוד ביתר פירוט כיצד מורכב דופן התא החיידקי, וכיצד מנלאם עוזר לחיידקים להיכנס למקרופאגים ולתאים אחרים.
"ידית לעקוב אחר החיידקים היא באמת בעלת ערך, והיא תאפשר לך לדמיין תהליכים, הן בתאים והן במודלים של בעלי חיים, שהיו בעבר בלתי נראים", אומר קיסלינג.
היא גם מקווה להשתמש בגישה זו ליצירת אבחון חדש לשחפת. יש כיום אבחון בפיתוח המשתמש בנוגדנים כדי לאתר את מנלאם במדגם שתן. עם זאת, בדיקה זו פועלת רק טוב בקרב חולים עם מקרים פעילים מאוד של שחפת, במיוחד אנשים שמדכאים חיסון בגלל HIV או מצבים אחרים.
באמצעות חיישן המולקולה הקטנה שלהם במקום נוגדנים, צוות ה- MIT מקווה לפתח מבחן רגיש יותר שיכול לאתר את מנלאם בשתן גם כאשר קיימים רק כמויות קטנות.
המחקר מומן על ידי המכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות, מכוני הבריאות הלאומיים, הקרן הלאומית למדע ומלגת Croucher.
