Lớp ngoài dính của nấm và vi khuẩn, được gọi là "ma trận ngoại bào" hay ECM, có độ đặc sệt như thạch và hoạt động như một lớp bảo vệ và vỏ bọc. Nhưng theo một nghiên cứu gần đây trên tạp chí iScience, được thực hiện bởi Đại học Massachusetts Amherst phối hợp với Viện Bách khoa Worcester, ECM của một số vi sinh vật chỉ tạo thành dạng gel khi có mặt axit oxalic hoặc các axit đơn giản khác. Vì ECM đóng vai trò quan trọng trong mọi thứ, từ kháng thuốc kháng sinh đến tắc nghẽn đường ống và ô nhiễm thiết bị y tế, việc hiểu cách các vi sinh vật thao túng lớp gel dính của chúng có ý nghĩa rộng lớn đối với cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

“Tôi luôn quan tâm đến chất nền ngoại bào (ECM) của vi sinh vật,” Barry Goodell, giáo sư vi sinh học tại Đại học Massachusetts Amherst và là tác giả chính của bài báo, cho biết. “Mọi người thường nghĩ ECM là một lớp bảo vệ bên ngoài trơ, bảo vệ vi sinh vật. Nhưng nó cũng có thể đóng vai trò như một đường dẫn cho chất dinh dưỡng và enzyme ra vào tế bào vi sinh vật.”
Lớp phủ này có nhiều chức năng: độ dính của nó cho phép các vi sinh vật riêng lẻ kết tụ lại với nhau tạo thành khuẩn lạc hoặc "màng sinh học", và khi đủ số lượng vi sinh vật làm như vậy, nó có thể làm tắc nghẽn đường ống hoặc gây ô nhiễm thiết bị y tế.
Nhưng lớp vỏ cũng phải có khả năng thấm: nhiều vi sinh vật tiết ra các enzyme và chất chuyển hóa khác nhau qua chất nền ngoại bào (ECM), vào vật chất mà chúng muốn ăn hoặc lây nhiễm (chẳng hạn như gỗ mục hoặc mô động vật có xương sống), và sau đó, khi các enzyme đã hoàn thành công việc của chúng, nhiệm vụ tiêu hóa sẽ được thực hiện - trả lại chất dinh dưỡng trở lại qua ECM.
Điều này có nghĩa là ECM không chỉ là một lớp bảo vệ trơ; trên thực tế, như Goodell và các đồng nghiệp đã chứng minh, vi sinh vật dường như có khả năng kiểm soát độ nhớt của ECM và do đó là khả năng thấm của nó. Chúng làm điều đó như thế nào?
Ở nấm, chất tiết ra dường như là axit oxalic, một loại axit hữu cơ phổ biến xuất hiện tự nhiên trong nhiều loại thực vật, và, như Goodell và các đồng nghiệp đã phát hiện, nhiều vi sinh vật dường như sử dụng axit oxalic mà chúng tiết ra để liên kết với các lớp carbohydrate bên ngoài, tạo thành một chất dính, giống như thạch, gọi là chất nền ngoại bào (ECM).
Nhưng khi nhóm nghiên cứu xem xét kỹ hơn, họ phát hiện ra rằng axit oxalic không chỉ giúp sản xuất chất nền ngoại bào (ECM), mà còn "điều chỉnh" nó: lượng axit oxalic mà vi sinh vật thêm vào hỗn hợp carbohydrate-axit càng nhiều, chất nền ngoại bào càng trở nên nhớt hơn. Chất nền ngoại bào càng nhớt, nó càng ngăn chặn các phân tử lớn xâm nhập hoặc rời khỏi vi sinh vật, trong khi các phân tử nhỏ hơn vẫn tự do xâm nhập vào vi sinh vật từ môi trường và ngược lại.
Khám phá này thách thức sự hiểu biết khoa học truyền thống về cách các loại hợp chất khác nhau do nấm và vi khuẩn tiết ra thực sự đi từ các vi sinh vật này vào môi trường. Goodell và các đồng nghiệp cho rằng trong một số trường hợp, vi sinh vật có thể phải dựa nhiều hơn vào sự tiết ra các phân tử rất nhỏ để tấn công ma trận hoặc mô mà vi sinh vật phụ thuộc vào để tồn tại hoặc bị nhiễm bệnh. Điều này có nghĩa là sự tiết ra các phân tử nhỏ cũng có thể đóng vai trò lớn trong quá trình gây bệnh nếu các enzyme lớn hơn không thể đi qua ma trận ngoại bào của vi sinh vật.
“Dường như có một điểm cân bằng,” Goodell nói, “nơi mà vi sinh vật có thể kiểm soát mức độ axit để thích nghi với một môi trường cụ thể, giữ lại một số phân tử lớn hơn, chẳng hạn như enzyme, trong khi cho phép các phân tử nhỏ hơn dễ dàng đi qua chất nền ngoại bào (ECM). Việc điều chỉnh ECM bằng axit oxalic có thể là một cách để vi sinh vật tự bảo vệ mình khỏi các chất kháng khuẩn và kháng sinh, vì nhiều loại thuốc này bao gồm các phân tử rất lớn. Khả năng tùy chỉnh này có thể là chìa khóa để vượt qua một trong những trở ngại chính trong liệu pháp kháng khuẩn, vì việc thao túng ECM để làm cho nó dễ thấm hơn có thể cải thiện hiệu quả của thuốc kháng sinh và chất kháng khuẩn.”

“Nếu chúng ta có thể kiểm soát quá trình sinh tổng hợp và bài tiết các axit nhỏ như oxalat ở một số vi sinh vật nhất định, thì chúng ta cũng có thể kiểm soát những gì đi vào cơ thể vi sinh vật, điều này có thể giúp chúng ta điều trị tốt hơn nhiều bệnh do vi sinh vật gây ra”, Goodell nói.
Vào tháng 12 năm 2022, nhà vi sinh học Yasu Morita đã nhận được một khoản tài trợ từ Viện Y tế Quốc gia để hỗ trợ nghiên cứu nhằm mục đích cuối cùng là phát triển các phương pháp điều trị bệnh lao mới, hiệu quả hơn.

Nếu bạn cần thêm thông tin, vui lòng gửi email cho tôi.
E-mail:
info@pulisichem.cn
Điện thoại:
+86-533-3149598