研究揭示鼻涕如何促进感染
研究人员的一项新研究表明，抽鼻子、打喷嚏和流鼻涕是感冒和流感季节的标志，而粘液的增加正是细菌用来对免疫系统发起协同攻击的原因。在宾夕法尼亚州立大学。研究小组发现，粘液越厚，细菌就越能聚集。这些发现可能会对降低细菌传播能力的治疗产生影响。
这项研究最近发表在《PNAS Nexus》杂志上 ，展示了细菌如何利用粘液来增强其自组织能力并可能驱动感染。这些实验使用合成猪胃粘液、天然牛宫颈粘液和一种名为聚维酮的水溶性高分子化合物进行，结果表明，细菌在浓稠粘液中比在水状物质中更好地协调运动。
研究人员表示，这些发现让我们深入了解细菌如何在粘液和粘膜表面定殖。研究结果还表明，粘液如何增强细菌的集体运动或集群，这可能会增加细菌菌落的抗生素耐药性。
“据我们所知，我们的研究首次证明了细菌在粘液中集体游动，”宾夕法尼亚州立大学生物医学工程、化学和数学哈克讲座教授、该论文的通讯作者伊戈尔·阿伦森 (Igor Aronson) 说。“我们已经证明，与具有相似稠度的液体不同，粘液可以增强集体行为。”
阿伦森解释说，粘液对于许多生物功能至关重要。它排列在细胞和组织的表面，并防止细菌、真菌和病毒等病原体的侵害。但它也是细菌感染的宿主材料，包括性传播疾病和胃病。阿伦森表示，更好地了解细菌如何在粘液中聚集，可以为对抗感染和日益严重的抗生素耐药性问题的新策略铺平道路。
阿伦森说：“我们的研究结果表明，粘液稠度如何影响单个细菌的随机运动，并影响它们向大型细菌群的协调集体运动的转变。” “有研究表明，细菌的集体运动或集群增强了细菌菌落抵御抗生素作用的能力。我们工作中研究的集体行为的发生与蜂拥而至直接相关。”
阿伦森解释说，粘液是一种众所周知的具有挑战性的物质，因为它同时具有液体和固体特性。液体通常通过其粘度水平(液体的稠度或稀度)来描述，而固体则通过其弹性(在破裂之前可以承受多少力)来描述。粘液是一种粘弹性流体，具有液体和固体两种特性。
为了更好地了解粘液如何被感染，研究小组使用显微成像技术观察合成猪胃粘液和天然牛宫颈粘液中浓缩细菌枯草芽孢杆菌的集体运动。他们将这些结果与枯草芽孢杆菌在水溶性聚合物聚维酮中移动的观察结果进行了比较，浓度范围从高浓度到低浓度。研究人员还将他们的实验结果与粘液等粘弹性流体中细菌集体运动的计算模型进行了比较。
研究小组发现，粘液的稠度深刻影响细菌的集体行为。结果表明，粘液越厚，细菌就越有可能表现出集体运动，形成协调的群。
阿伦森说：“我们能够展示粘液中的粘弹性如何增强细菌组织，从而导致细菌群连贯移动，从而引起感染。” “我们的结果表明，粘液的弹性和粘度水平是细菌群落自我组织的主要驱动因素，这可以为我们如何控制和防止粘液中的细菌入侵提供见解。”
阿伦森解释说，该团队预计人类粘液表现出类似的物理特性，这意味着他们的发现也与人类健康相关。
阿伦森说：“细菌集体运动的开始及其与粘液的相互作用应该与牛、猪或人类粘液中的相同，因为这些物质具有相似的机械特性。” “我们的结果对人类和动物健康具有影响。我们证明，粘液粘弹性可以增强细菌的大规模集体运动，这可能会加快细菌穿透粘液保护屏障并感染内部组织的速度。”
该论文的另一位合著者是宾夕法尼亚州立大学生物医学工程博士生廖文天。国家科学基金会支持这项工作。
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