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2号站研究人员揭示了人体是如何对抗尿路感染的

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任何曾经患过膀胱炎的人都知道这种尿道感染是恼人和痛苦的。抗生素可以很好地治疗它们,2号站但如果不治疗可能会致命。这些感染通常是由被称为尿致病性大肠杆菌的细菌引起的,它们通过菌毛附着在膀胱、输尿管或尿道细胞上。菌毛是一种像头发一样长出的线状附属物。但是一种体内自然产生的叫做尿调素的蛋白质就能起到保护作用。大约70%的人在他们的基因组中携带一种尿调素基因变体,这意味着他们会产生大量的这种保护蛋白。因此,他们患尿路感染的风险较小。
 
但是,尿调素预防炎症的确切过程一直没有被了解。现在,一个来自苏黎世联邦理工学院三个研究小组、苏黎世大学和苏黎世儿童医院的研究人员组成的跨学科团队,通过研究尿调蛋白的外观以及该蛋白如何中和尿致病性大肠杆菌,填补了这一知识空白。他们的研究结果发表在《科学》杂志上,这将有助于未来开发治疗尿路感染的新策略。
 
详细了解它是如何工作的
 
首先,研究人员分析了蛋白质如何在分子水平上与细菌菌毛结合。
 
我们已经知道形成了一种化学键,这可能在尿调素的保护功能中起作用,但没有人对此进行过更详细的研究。”
 
格雷戈·维斯是美国ETH的分子生物学博士生,2号站代理也是这项研究的主要作者之一
 
他们的生化调查显示,细菌毛可以识别尿调素表面的某些糖链,并极容易和它们紧密结合。
 
接下来,研究小组使用低温电子断层扫描检查尿尿调素,这种成像技术可以生成蛋白质和细胞结构的三维视图,不需要进行化学修饰或脱水。研究结果显示,尿调蛋白形成了平均由大约400个单个蛋白分子串在一起的长丝。蛋白质链上的每一个链都含有细菌菌毛喜欢与之结合的糖链的特征。
 
富有成效的合作
 
低温电子断层扫描也是该团队选择的技术,用于更大规模地研究这些特性有什么影响——这次是在罪魁祸首——尿致病性大肠杆菌存在的情况下。他们发现,尿调蛋白丝完全包裹着病原体,而且单个尿调蛋白丝可以与细菌的几个菌毛结合。
 
“这中和了病原体,”Weiss解释道:“一旦细菌以这种方式被保护起来,它们就不能再与尿道中的细胞结合,这意味着它们不会引起感染。”
 
在光学显微镜下,研究小组还注意到数百个尿调蛋白丝和大肠杆菌细胞大团块的形成,这些细胞可能是随尿液排出的。
 
最后,研究人员检查了他们在实验室观察到的所有这些过程是否也发生在病人身上。他们分析了苏黎世儿童医院提供的受感染患者的尿样,发现尿尿调节素和病原体之间有着完全相同的相互作用。“如果没有不同研究小组和研究所之间的跨学科合作,就不可能得到这一组发现,”领导电子断层摄影调查的ETH教授马丁·皮尔霍费尔强调说。
 
治疗和药物开发指南
 
研究小组的工作为如何在不使用抗生素的情况下治疗和预防尿路感染提供了指导。到目前为止,病人经常服用含有甘露糖的制剂。在一定程度上,这阻止了大肠杆菌附着在尿道细胞上。“多亏了我们的分析,我们现在知道细菌菌毛不仅能识别甘露糖,还能识别尿尿调节素上的其他糖类,”博士生Jessica Stanisich说,她也是这项研究的另一位主要作者。“这可能表明联合糖补充剂治疗会更有效。”

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