Dünyanın en ölümcül bulaşıcı hastalığı olan tüberkülozun her yıl yaklaşık 10 milyon insanı enfekte ettiği ve yılda 1 milyondan fazla öldürdüğü tahmin ediliyor. Akciğerlerde kurulduktan sonra, bakterilerin kalın hücre duvarı konakçı bağışıklık sistemiyle savaşmasına yardımcı olur.
Bu hücre duvarının çoğu glikanlar olarak bilinen karmaşık şeker moleküllerinden yapılır, ancak bu glikanların bakterileri savunmaya nasıl yardımcı olduğu iyi anlaşılmamıştır. Bunun bir nedeni, bunları hücrelerin içinde etiketlemenin kolay bir yolu olmamasıdır.
MIT kimyagerleri şimdi bu engelin üstesinden geldiler ve spesifik kükürt içeren şekerlerle reaksiyona giren organik bir molekül kullanarak manam adı verilen bir glikanı etiketleyebileceklerini gösteriyorlar. Bu şekerler, en kötü şöhretli ve yaygın olan Mycobacterium tuberculosis, TB’ye neden olan mikrop olan sadece üç bakteriyel türde bulunur.
Bulgular dergide yayınlandı Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri.
Glikanı etiketledikten sonra, araştırmacılar bakteriyel hücre duvarı içinde nerede bulunduğunu görselleştirebildiler ve konakçı bağışıklık hücrelerinin tüberküloz enfeksiyonunun ilk birkaç günü boyunca ne olduğunu incelediler.
Araştırmacılar artık bu yaklaşımı, kültürde veya idrar örneğinde TB ile ilişkili glikanları tespit edebilecek bir teşhis geliştirmek için kullanmayı umuyorlar, bu da mevcut teşhislere daha ucuz ve daha hızlı bir alternatif sunabilecek. Göğüs röntgeni ve moleküler teşhisler çok doğrudur, ancak TB oranlarının yüksek olduğu gelişmekte olan ülkelerde her zaman mevcut değildir.
Bu ülkelerde, TB genellikle bir balgam örneğinden mikrop kültürü ile teşhis edilir, ancak bu testin yüksek bir yanlış negatif oranı vardır ve bazı hastaların, özellikle çocukların bir balgam örneği sağlaması zor olabilir. Bu test ayrıca bakterilerin büyümesi için tanıyı geciktirir.
MIT’de Novartis kimya profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı Laura Kiessling, “Çok fazla iyi teşhis seçeneği yok ve analiz edilebilecek örnekler vermekte zorlanan çocuklar da dahil olmak üzere bazı hasta popülasyonları var. Çok basit, hızlı testler geliştirmek için çok fazla itici güç var” diyor.
MIT lisansüstü öğrencisi Stephanie Smelyansky makalenin baş yazarıdır. Diğer yazarlar arasında bir MIT Postdoc olan Chi-Wang MA; Victoria Marando, Ph.D.; Gregory Babunovic, Harvard Th Chan Halk Sağlığı Okulu’nda doktora sonrası; MIT lisansüstü öğrencisi Young Lee; ve MIT’de biyolojik mühendislik doçenti olan Bryan Bryson.
Glikanların etiketleme
Glikanlar, hücrelerin yüzeylerinde bulunur, burada hücreler arasında iletişim aracı olma gibi kritik fonksiyonlar yaparlar. Bakterilerde, glikanlar mikropların konakçı hücrelere girmesine yardımcı olurlar ve ayrıca bazı durumlarda bağışıklık tepkisini engelleyen konakçı bağışıklık sistemi ile iletişim kurdukları görülmektedir.
Smelyansky, “Mycobacterium tuberculosis, diğer bakterilere kıyasla gerçekten ayrıntılı bir hücre zarfına sahiptir ve birçok farklı glikandan oluşan zengin bir yapıdır.”
“Genellikle takdir edilmeyen bir şey, bu glikanların da konakçı hücrelerimizle etkileşime girebileceği gerçeğidir. Bağışıklık hücrelerimiz bu glikanları tanıdığında, bir tehlike sinyali göndermek yerine, zıt mesajı gönderebilir, tehlike yoktur.”
Glikanların her türlü probla etiketlenmesi zordur, çünkü proteinler veya DNA’dan farklı olarak, hedeflenebilecek ayırt edici dizilere veya kimyasal reaktivitelere sahip değildir. Ve proteinlerden farklı olarak, genetik olarak kodlanmazlar, bu nedenle hücreler, yeşil floresan proteini gibi floresan etiketlerle etiketlenmiş şekerler üretmek için genetik olarak tasarlanamaz.
M. tuberculosis’teki manam olarak bilinen anahtar glikanlardan biri, MTX olarak bilinen nadir görülen bir şeker içerir, bu da bir tioether’e sahip olması, iki karbon atomu arasında sandviçlenmiş bir kükürt atomuna sahip olması. Bu kimyasal grup, daha önce benzer bir grup içeren bir amino asit olan metiyonin etiketlemek için geliştirilmiş küçük moleküllü bir etiket kullanma fırsatı sundu.
Araştırmacılar, M. tuberculosis’te Manlam’ı etiketlemek için okaziridin olarak bilinen bu etiketi kullanabileceklerini gösterdiler. Araştırmacılar, oksaziridini bir floresan probuna bağladılar ve M. tuberculosis’te bu etiketin hücre duvarının dış tabakasında ortaya çıktığını gösterdi.
Araştırmacılar etiketi hastalığa neden olmayan ve şeker mtx’e sahip olmayan ilgili bir bakteri olan Mycobacterium smegmatis’e maruz bıraktıklarında, floresan sinyali görmediler.
Smelyansky, “Bu, özellikle bir glikanı görselleştirmemize gerçekten izin veren ilk yaklaşımdır.” Diyor.
Daha iyi teşhis
Araştırmacılar ayrıca M. tuberculosis hücrelerinde manam etiketledikten sonra, makrofajlar adı verilen bağışıklık hücrelerini enfekte ederken hücreleri izleyebildiklerini gösterdiler.
Bazı tüberküloz araştırmacıları, bakteriyel hücrelerin bir kez bir konakçı hücrenin içine manam attığını ve bu serbest glikanların konakçı bağışıklık sistemi ile etkileşime girdiğini varsaymışlardır. Bununla birlikte, MIT ekibi, glikanın en az enfeksiyonun ilk birkaç günü boyunca bakteriyel hücre duvarlarında kaldığını buldu.
Smelyansky, “Bakterilerin hala hücre duvarları kendilerine bağlı. Bu yüzden bazı glikan salınıyor olabilir, ancak çoğunluğu daha önce hiç gösterilmeyen bakteriyel hücre yüzeyinde tutuluyor.”
Araştırmacılar şimdi bu yaklaşımı farklı antibiyotiklerle tedaviyi veya makrofajların bağışıklık stimülasyonunu takiben bakterilere ne olduğunu incelemek için kullanmayı planlıyorlar. Ayrıca bakteriyel hücre duvarının nasıl birleştirildiğini ve manamın bakterilerin makrofajlara ve diğer hücrelere girmesine nasıl yardımcı olduğu daha ayrıntılı olarak çalışmak için de kullanılabilir.
Kiessling, “Bakterileri takip etmek için bir sapa sahip olmak gerçekten değerlidir ve daha önce görünmez olan hem hücrelerde hem de hayvan modellerinde süreçleri görselleştirmenize izin verecektir.”
Ayrıca tüberküloz için yeni teşhis oluşturmak için bu yaklaşımı kullanmayı umuyor. Şu anda bir idrar örneğinde manam’ı tespit etmek için antikorlar kullanan bir teşhis bulunmaktadır. Bununla birlikte, bu test sadece çok aktif TB vakaları olan hastalarda, özellikle HIV veya diğer durumlar nedeniyle immünosüprese olan hastalarda iyi çalışır.
MIT ekibi, antikorlar yerine küçük moleküllü sensörlerini kullanarak, sadece küçük miktarlar olsa bile idrarda manam’ı tespit edebilecek daha hassas bir test geliştirmeyi umuyor.
