Menschen atmen zwischen 17.000 bis rund 23.000 mal am Tag, im Durchschnitt. Aber für mehr als 70.000 Kinder und junge Erwachsene auf der ganzen Welt, wobei ein Atemzug kann ein Kampf sein, weil eine seltene Krankheit, zystische Fibrose.
Ein gen, das normalerweise löst ein bestimmtes protein zu bewegen Chlorid im Salz gefunden, auf Zelloberflächen, wo es zieht Wasser an, Störungen bei Mukoviszidose-Patienten, so dass Ihr Schleim wird dick und klebrig.
In der Lunge, den dicken Schleim verstopft airways. Es wird auch eine Brutstätte für schädliche Bakterien wie Pseudomonas aeruginosa, einem besonders fiesen Erreger können schnell zu Entzündungen führen und lebensbedrohliche Infektionen.
Normalerweise Schleim ist nicht nur eine grobe Nebenprodukt einer Erkältung oder viralen Infektion; es ist eine wichtige biologische material, das uns hilft, die abzuwehren Krankheit. Unsere Körper machen eine Menge Schleim, vielleicht so viel wie 1,5 Liter am Tag, die fungiert als eine schützende Beschichtung, die in unsere Nebenhöhlen, Lunge, Darm, Magen und Kehle.
„Schleimhaut-Schichten sind so eine wichtige Barriere zwischen uns und der Außenwelt, und wir wissen, dass jede Art von Störung, die eine große Quelle von Problemen, aber wirklich, es ist nur sehr wenig bekannt über die Wechselwirkungen zwischen schleimstoffen,—diejenigen, die primären Komponenten von Schleim und Bakterien,“ sagte Jason Papin, professor an der University of Virginia ‚ s Department of Biomedical Engineering führt einen neuen Konsortium von Ingenieuren und Wissenschaftlern, die mit der Modellierung vorherzusagen, wie sich diese Interaktionen möglicherweise Auswirkungen auf die Gesundheit einer person. Papin ‚ s lab konzentriert sich auf den Aufbau von Rechen -, predictive-Modelle von mikrobiellen Krankheitserregern.
Er ist verbunden mit co-principal investigator Roseanne Ford, ein professor in der UVA-Department of Chemical Engineering, der hat enorme Erfahrung, die untersuchen, wie Bakterien bewegen.
Ihre interdisziplinäre, universitätsübergreifende Gruppe vor kurzem verdient einen fünf-Jahres -, $3,2 Millionen Zuschuss von der National Institutes of Health-Forschung und der Aufbau einer multi-Skalen-Modell von mucin-Interaktionen, vor allem mit Bezug auf Pseudomonas aeruginosa-Bakterien. Die Ergebnisse der Studie könnte eines Tages führen zu besseren Behandlungen für zystische Fibrose, als auch in anderen bakteriellen Infektionen, die Einbeziehung der Schleim.
Zusätzlich zu Papin und Ford, das team von Forschern enthält der UVA School of Medicine ist Shayn Peirce-Cottler, ein professor in der Abteilung der Biomedizinischen Technik spezialisiert in computational and agent-based modeling; Joanna Goldberg, eine bakterielle Genetiker von der Emory University, der war früher ein professor in der UVA-Abteilung von Mikrobiologie, Immunologie und Krebs-Biologie und Jahrzehnte damit verbracht haben, zu studieren, Pseudomonas aeruginosa; und Katharina Ribbeck, Hyman Laufbahnentwicklung Laufbahn Professor am Department of Biological Engineering am Massachusetts Institute of Technology, dessen bahnbrechenden Forschung hat sich auf die Schleim-Barrieren.
Die neue Studie stieg aus einem pilot grant an UVA-Engineering vor einigen Jahren zur Entwicklung von Vorschlägen für große engineering research centers, Papin sagte. Der pilot grant legte den Grundstein für die aktuelle Zusammenarbeit und Forschung.
„Wir kamen an das vom Erreger, von den Mikroben, die Bakterien,“ Papin sagte. „Mein Labor hat viel Arbeit gemacht mit Pseudomonas aeruginosa. Dieses Bakterium ist ein großes problem in der Mukoviszidose-Gemeinschaft. Aber es ist ein wirklich großes problem in vielen anderen Bereichen, wie Infektionen der Harnwege [und] brennen Sie Wunden, und Menschen, die mit geschwächtem Immunsystem, wie AIDS-Patienten und Krebs Patienten unter Chemotherapie.“
Papin hat in Zusammenarbeit mit Goldberg für mehr als 10 Jahre, um computer-Modelle, den Stoffwechsel der Bakterien, wodurch ein besseres Verständnis, wie Pseudomonas aeruginosa überlebt in schwierigsten Umgebungen.
„Es sind diese immer wiederkehrenden, langfristigen Lungen-Infektionen, die kann man behandeln mit Antibiotika,“ Goldberg sagte. „Aber im Gegensatz zu einer typischen Infektion, die geht Weg, dieses Bakterium weiter zu kommen wieder und wieder. Und so sind die Patienten ständig in Behandlung mit Antibiotika.“
Eines der Dinge, die Forscher untersuchen, wie Bakterien bewegen sich in Schleim auf, und welche Art von chemischen Signalisierung könnte stattfinden. Ford hat in Zusammenarbeit mit Papin für ein paar Jahre, auf dieses und bringt Ihren chemischen engineering-hintergrund zum tragen.
„Meine Rolle ist in Erster Linie der Modellierung von chemischen transport-und bakterielle transport an einen sogenannten makroskopischen Skala,“ Ford sagte. „Innerhalb von Schleim, die Verteilung der Bakterien in verschiedenen Chemikalien wirkt sich auf Dinge wie, wie könnten Sie ändern Ihren Phänotyp. Abhängig von diesen externen Chemische Eigenschaften, die Zellen intern anders reagieren können, durch ein-und ausschalten verschiedener Gene, die möglicherweise machen Sie mehr oder weniger virulent.“
Dieses Stipendium ermöglicht es den Forschern entwickeln, die eine multi-scale computational-Modell, die führen kann, die Gruppe experimentelle Gestaltung mit dem Ziel der Gewinnung eines besseren Verständnisses der Beziehung zwischen den Mikroben und den mucin.
„Obwohl wir konzentrieren uns auf, was passiert, Pseudomonas aeruginosa, es gibt Millionen von anderen Bakterien in dem gleichen Raum, Leben in der gleichen Nachbarschaft, schwimmen etwa im gleichen Schleim“, sagte Peirce-Cottler, wer ist co-Direktor des UVA-Center for Advanced Biomanufacturing und einer angeschlossenen Fakultät der UVA-Fibrose-Initiative. „Und so gibt es Interaktionen zwischen Pseudomonas aeruginosa und andere hilfreiche Bakterien, die Leben im Schleim zu helfen, uns verteidigen und Bekämpfung von Pseudomonas aeruginosa. Es ist mind-blowingly kompliziert mit Bezug auf diese verschiedenen bugs und diese verschiedenen Proteine, aber das ist genau der Grund, warum wir müssen computational modeling.“
Peirce-Cottler wird Stich zusammen die metabolische Modellierung von Papin und Goldberg mit Ford Chemie-transport-Modellierung, um zu produzieren ein prädiktives Modell, das es erlauben würde, für einen gezielteren Therapien für die Mukoviszidose und andere Schleim-Infektionen.
Die Basis-Verständnis von schleimstoffen und Ihre biologische Rolle in unserem Körper zurückgeführt werden können auf Ribbek ‚ s Pionierarbeit; Sie hat maßgeblich an der Festlegung der Biochemie von Schleim.
„Über Millionen von Jahren, es scheint, wie Schleim die Fähigkeit entwickelt hat, zu halten, problematische Krankheitserreger in Schach. Und das war der Ausgangspunkt meiner Forschung Gruppe, wirklich zu verstehen, wie Schleim, wirkt sich auf das Verhalten und das Leben von Mikroben, die Leben in Sie,“ Ribbeck sagte.
Ihre Forschung hat gezeigt, eine komplexe ökologie besteht in der Schleim, der sowohl uns helfen, bekämpfen Krankheitserreger oder ein perfekter Nährboden für Sie. Verstehen, was all diese Interaktionen innerhalb von Schleim bedeuten, ist eine Herausforderung.
„Sie können entpacken Sie die Komplexität des Problems von Schicht zu Schicht mit experimentellen Ansätzen, aber dann muss jemand, um Sie zurück zusammen für ein umfassendes Bild und Verständnis, und das ist, was die team-Ziele zu erreichen,“ Ribbeck sagte.
Papin glaubt, dass die Forschung letztlich zu mehr wirksame Antibiotika-targeting und Strategien für die Behandlung von Infektionen, die durch mikrobielle Krankheitserreger wie Pseudomonas aeruginosa.