De kleverige buitenlaag van schimmels en bacteriën, de zogenaamde extracellulaire matrix of ECM, heeft de consistentie van gelei en fungeert als een beschermende laag en omhulsel. Maar volgens een recente studie in het tijdschrift iScience, uitgevoerd door de Universiteit van Massachusetts Amherst in samenwerking met het Worcester Polytechnic Institute, vormt de ECM van sommige micro-organismen alleen een gel in aanwezigheid van oxaalzuur of andere eenvoudige zuren. Omdat de ECM een belangrijke rol speelt in uiteenlopende processen, van antibioticaresistentie tot verstopte leidingen en besmetting van medische apparatuur, heeft inzicht in hoe micro-organismen hun kleverige gellagen manipuleren grote gevolgen voor ons dagelijks leven.

"Ik ben altijd al geïnteresseerd geweest in microbiële extracellulaire matrices (ECM's)," aldus Barry Goodell, hoogleraar microbiologie aan de Universiteit van Massachusetts Amherst en hoofdauteur van het artikel. "Mensen beschouwen de ECM vaak als een inerte, beschermende buitenlaag die micro-organismen beschermt. Maar het kan ook dienen als een kanaal voor voedingsstoffen en enzymen in en uit microbiële cellen."
De coating vervult meerdere functies: door de kleverigheid ervan kunnen individuele micro-organismen samenklonteren tot kolonies of "biofilms", en wanneer voldoende micro-organismen dit doen, kan dit leidingen verstoppen of medische apparatuur besmetten.
Maar de schil moet ook doorlaatbaar zijn: veel micro-organismen scheiden diverse enzymen en andere metabolieten af ​​via de extracellulaire matrix (ECM) naar het materiaal dat ze willen eten of infecteren (zoals rottend hout of gewerveld weefsel), en vervolgens, zodra de enzymen hun werk hebben gedaan, volgt de spijsvertering – het terugbrengen van voedingsstoffen via de ECM.
Dit betekent dat ECM niet zomaar een inerte beschermlaag is; zoals Goodell en collega's hebben aangetoond, lijken micro-organismen de viscositeit van hun ECM en daarmee de permeabiliteit ervan te kunnen beheersen. Hoe doen ze dat?
Bij schimmels lijkt de afscheiding te bestaan ​​uit oxaalzuur, een veelvoorkomend organisch zuur dat van nature in veel planten voorkomt. Zoals Goodell en zijn collega's ontdekten, lijken veel micro-organismen het oxaalzuur dat ze afscheiden te gebruiken om zich te binden aan externe lagen koolhydraten, waardoor een kleverige substantie ontstaat, een geleiachtige extracellulaire matrix (ECM).
Maar toen het team de zaak nader onderzocht, ontdekten ze dat oxaalzuur niet alleen hielp bij de productie van ECM, maar het ook "reguleerde": hoe meer oxaalzuur de microben aan het koolhydraat-zuurmengsel toevoegden, hoe stroperiger de ECM werd. Hoe stroperiger de ECM wordt, hoe meer het voorkomt dat grote moleculen de microbe binnenkomen of verlaten, terwijl kleinere moleculen vrij de microbe kunnen binnendringen vanuit de omgeving en omgekeerd.
Deze ontdekking zet vraagtekens bij de traditionele wetenschappelijke inzichten over hoe de verschillende soorten verbindingen die door schimmels en bacteriën worden vrijgegeven, daadwerkelijk vanuit deze micro-organismen in het milieu terechtkomen. Goodell en collega's suggereerden dat micro-organismen in sommige gevallen mogelijk meer afhankelijk zijn van de afscheiding van zeer kleine moleculen om de matrix of het weefsel aan te vallen waarvan het micro-organisme afhankelijk is om te overleven of geïnfecteerd te raken. Dit betekent dat de afscheiding van kleine moleculen ook een grote rol kan spelen bij pathogenese als grotere enzymen de extracellulaire matrix van het micro-organisme niet kunnen passeren.
"Er lijkt een middenweg te bestaan," zei Goodell, "waarbij micro-organismen de zuurgraad kunnen reguleren om zich aan een specifieke omgeving aan te passen, waarbij ze sommige grotere moleculen, zoals enzymen, vasthouden, terwijl kleinere moleculen gemakkelijk door de extracellulaire matrix (ECM) kunnen passeren. Modulatie van de ECM met oxaalzuur zou een manier kunnen zijn voor micro-organismen om zichzelf te beschermen tegen antimicrobiële middelen en antibiotica, aangezien veel van deze geneesmiddelen uit zeer grote moleculen bestaan. Juist dit aanpassingsvermogen zou de sleutel kunnen zijn tot het overwinnen van een van de grootste obstakels in de antimicrobiële therapie, omdat het manipuleren van de ECM om deze permeabeler te maken de effectiviteit van antibiotica en antimicrobiële middelen zou kunnen verbeteren."

"Als we de biosynthese en afscheiding van kleine zuren zoals oxalaat in bepaalde microben kunnen beheersen, kunnen we ook bepalen wat er in die microben terechtkomt, waardoor we veel microbiële ziekten beter zouden kunnen behandelen," aldus Goodell.
In december 2022 ontving microbioloog Yasu Morita een subsidie ​​van de National Institutes of Health ter ondersteuning van onderzoek dat uiteindelijk gericht is op de ontwikkeling van nieuwe, effectievere behandelingen voor tuberculose.

Als u meer informatie wilt, kunt u mij een e-mail sturen.
E-mail:
info@pulisichem.cn
Tel:
+86-533-3149598