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2025-05-05 19:10:00
マサチューセッツ州ケンブリッジ – 世界で最も致命的な感染症である結核は、毎年約1,000万人に感染すると推定されており、年間100万人以上を殺しています。肺に確立されると、バクテリアの厚い細胞壁は、宿主の免疫系と戦うのに役立ちます。
その細胞壁の多くは、グリカンとして知られる複雑な糖分分子で作られていますが、それらのグリカンが細菌を守るのにどのように役立つかはよくわかりません。その理由の1つは、セル内でそれらをラベル付けする簡単な方法がなかったことです。
MIT化学者は今、その障害を克服し、特定の硫黄含有糖と反応する有機分子を使用して、マンラムと呼ばれるグリカンにラベルを付けることができることを示しています。これらの糖は、3つの細菌種にのみ見られますが、最も悪名高い、その中で普及しているのは、結核を引き起こす微生物であるMycobacterium Tuberculosisです。
グリカンの標識後、研究者は細菌細胞壁のどこにあるかを視覚化し、宿主免疫細胞の結核感染症の最初の数日間で何が起こるかを研究することができました。
研究者は現在、このアプローチを使用して、培養または尿サンプルのいずれかで結合したグリカンを検出できる診断を開発したいと考えています。胸部X線と分子診断は非常に正確ですが、結核率が高い発展途上国では常に利用できるとは限りません。これらの国では、結核はしばしばsputサンプルから微生物を培養することによって診断されますが、そのテストは誤った陰性率が高いため、一部の患者、特に子供がsputサンプルを提供することは困難です。また、このテストでは、細菌が成長するには何週間もの場合、診断が遅れています。
「診断の選択肢はあまりありません。分析できるサンプルを提供するのに苦労している子供を含む患者集団がいくつかあります。非常にシンプルで速いテストを開発するための推進力がたくさんあります」
MITの大学院生であるStephanie Smelyanskyは、今週、国立科学アカデミーの議事録に登場する論文の主執筆者です。他の著者には、MIT PostdocのChi-Wang Maが含まれます。ビクトリア・マランド博士号’23;グレゴリー・バブノビッチ、ハーバード・チャン・スクール・オブ・パブリック・ヘルスのポスドク。 MITの大学院生であるYoung Lee。 MITの生物工学の准教授であるブライアン・ブライソン。
グリカンのラベル付け
グリカンは、ほとんどの細胞の表面にあり、細胞間の通信を媒介するなどの重要な機能を実行します。バクテリアでは、グリカンは微生物が宿主細胞に入るのを助け、宿主免疫系と通信しているように見えます。場合によっては免疫応答をブロックします。
「結核菌は、他の細菌と比較して非常に精巧な細胞エンベロープを備えており、多くの異なるグリカンで構成される豊富な構造です」とスマンスキーは言います。 「しばしば過小評価されているのは、これらのグリカンも宿主細胞と相互作用できるという事実です。免疫細胞がこれらのグリカンを認識すると、危険信号を送信する代わりに、反対のメッセージを送信することができます。
グリカンは、タンパク質やDNAとは異なり、ターゲットを絞ることができる特徴的な配列や化学的反応性がないため、あらゆる種類のプローブでタグを付けることが難しいことで有名です。また、タンパク質とは異なり、それらは遺伝的にエンコードされていないため、細胞を遺伝的に操作して、緑色の蛍光タンパク質などの蛍光タグで標識された糖を生成することはできません。
「これは、特に1つのグリカンを本当に選択的に視覚化できるようにする最初のアプローチです」とSmelyansky氏は言います。
より良い診断
研究者はまた、M。tuberculosis細胞でマンラムを標識した後、マクロファージと呼ばれる免疫細胞に感染したときに細胞を追跡できることを示しました。一部の結核の研究者は、細菌細胞が宿主細胞の中に一度マンラムを投げかけ、それらの遊離グリカンが宿主免疫系と相互作用すると仮定していました。しかし、MITチームは、グリカンが少なくとも最初の感染の数日間は細菌細胞壁にとどまるように見えることを発見しました。
「バクテリアにはまだ細胞壁が付いています。したがって、いくつかのグリカンが放出されているかもしれませんが、その大部分は以前に示されたことのない細菌細胞表面に保持されています」とSmelyansky氏は言います。
研究者は現在、このアプローチを使用して、さまざまな抗生物質またはマクロファージの免疫刺激による治療後の細菌に何が起こるかを研究する予定です。また、細菌の細胞壁がどのように組み立てられているか、そしてマンラムがバクテリアがマクロファージや他の細胞に入るのをどのように助けるかをより詳細に研究するためにも使用できます。
彼女はまた、このアプローチを使用して、結核のための新しい診断を作成したいと考えています。現在、抗体を使用して尿サンプルでマンラムを検出する診断が開発されています。ただし、このテストは、結核の非常に活発な症例の患者、特にHIVまたはその他の状態のために免疫抑制されている人でのみ有効です。
MITチームは、抗体の代わりに小分子センサーを使用して、少量しか存在しない場合でも尿中のマンラムを検出できるより敏感なテストを開発したいと考えています。
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#新しい分子ラベルはより速いTBテストを約束します