วันอาทิตย์ที่ 25 ตุลาคม พ.ศ. 2552

How Bacteria Get Past Our Defenses

โดย Josh Chamot, National Science Foundation
จาก เวบไซต์ livescience
25 ตุลาคม 2552

Mucus is more than gross — it's a critical barrier against disease, trapping many of the germs that want to invade your body. A wet mesh of proteins, antiseptic enzymes and salts, mucus is what keeps all but a few microbes from wreaking havoc on many of our most exposed tissues.


Diagram showing how the bacteria Heliobacter pylori can penetrate the stomach lining. Contact with stomach acid keeps the mucin lining the epithelial cell layer in a spongy gel-like state. This consistency is impermeable to H.pylori. However, the bacterium releases urease which neutralizes the stomach acid. This causes the mucin to liquefy, and the bacterium can swim right through it.


Helicobacter pylori is one of the few. The tiny, corkscrew-shaped microbe bores through the mucus that lines the acidic cauldron of the human stomach, establishing colonies on the cells below.

After invading the stomach lining, H. pylori causes persistent, low-grade irritation that over time can lead to ulcers, and if untreated, to cancer.

Boston University (BU) physicist Rama Bansil — along with students and colleagues from BU, Harvard Medical School and MIT — recently helped discover how H. pylori gets through our defenses. The findings could help us protect against this germ, as well as many others.

For decades, Bansil has been studying the physics of gels, and since 1990, a gel composed primarily of mucin, the glyco-protein (protein and sugar complex) found in mucus.

"The mucins of different organs are similar overall, but they have slightly different structures and properties depending on where they are found in the body," Bansil said. "Some become gel, others don’t. They’re tuned to their function. It’s in fish, it’s in slugs — slugs use it to move.” In fact, all vertebrates produce mucin, and many human diseases involve the material.

Bansil’s studies have become so associated with mucin — particularly of the stomach —some of her colleagues refer to her laboratory as the Snot Research Lab.

"In some ways, I think my getting into stomach research was serendipity," Bansil said. Nearly twenty years ago, colleagues approached her looking for a gel expert, an addition to an interdisciplinary team for studying the mucus in our digestive system.

As the researchers started delving deeper into the research problems, they realized that they needed more collaborators and techniques to help find answers.

"You can’t just work with crude mucus," Bansil said. "For stomach mucus, purifying it to obtain the active ingredient, the mucin, is a laborious task. That may be why there are very few groups studying the biophysics of mucin. Protein chemistry is a huge field, but the study of mucin itself is not as advanced — it’s a very complicated protein." In fact, many of the leading studies on mucin were conducted abroad in Europe.

"Originally, our team was just a few collaborators at the BU school of medicine," said Bansil. The medical part of the group later moved to Harvard Medical School, and now the team also includes researchers at MIT. (The full team is listed in a recent press release).

"I would tell colleagues that we were looking at this interesting problem and I was giving a lot of talks about why the stomach doesn’t digest itself, and this helped recruit colleagues. The first person I cornered was the person in the lab next to me; we collaborated on atomic force microscopy."

The microscopy allowed the research team to see mucus up close, and revealed the structure of single mucin molecules.

After several years of working out the basic physical properties of mucin and how those proteins protect against acid in the stomach, the research team wanted to pursue mucin’s relationships to disease.

It was in 1993 — when Bansil came across an article in the New Yorker on the link between H. pylori and ulcers — that she decided to tackle the mystery of how H. pylori travels through stomach mucus. However, it took more than ten years before the researchers actually started working with bacteria.

H. pylori has been a popular subject for study in recent years, particularly following the research of pathologist Robin Warren and clinical researcher Barry Marshall, both of Perth, Western Australia, in the early 1980s. Warren and Marshall definitively linked the bacteria to the stomach, and to ulcers, overturning the persistent belief that bacteria could not thrive in such an acidic environment. Ultimately, the two researchers won the 2005 Nobel Prize in Medicine for their efforts.

Many researchers have further studied H. pylori, learning more about its structure, how it thrives, and even how it fends off stomach acid. Yet, until now no one had explored how it traveled through the sticky gels of stomach mucus.

Conventional wisdom held that corkscrew-shaped H. pylori relies on its shape to twist and bore its way through mucus.

Instead, as part of the thesis of BU doctoral student Jonathan Celli, the researchers found that the bacteria swim in a manner more like other bacteria with whip-like tails, H. pylori just changes its environment to make movement possible.

"We figured out that that it doesn’t move like a corkscrew — everyone thought it did...and the same biochemistry that it uses for survival makes it possible for it to move," explained Bansil. "These two functions are inextricably coupled. It’s chemically affecting its environment, and then it basically acts like a snowplow, moving by altering its surroundings."

H. pylori secretes the enzyme urease, which interacts with urea in the stomach to produce ammonia — the ammonia is what neutralizes the acids in the immediate environment. The less-acidic environment de-gels the mucin, allowing the microbe to travel through it using standard, flagella-based locomotion, much like other swimming bacteria.

To confirm their findings, the researchers placed H. pylori into an acidic mucin gel in a laboratory setting. While its flagella moved, the organism could not. After the microbes secreted urease and acidity diminished, the microbes were able to forge through the gel.

Bansil and her colleagues next want to understand the progress of H. pylori-related diseases, particularly in the context of living hosts. The team is planning to work on new imaging techniques that may reveal even greater detail about the organisms and how they inflict damage on the human body.

Jonathan Celli, supported by an NSF GK-12 fellowship, was lead author on the H. pylori findings published in the Proceedings of the National Academy of Sciences on Aug. 11, 2009.

Bigger Creatures Have Bigger Blood Cells

จาก เวบไซต์ livescience
โดย Lindsey Konkel, Natural History Magazine
25 ตุลาคม 2552

When it comes to metabolism, size matters—cell size, that is, according to a recent study.

Small animals have faster metabolisms relative to their body size than do large animals. According to the so-called metabolic theory of ecology, that scaling is responsible for many patterns in nature—from the average lifespan of a single species to the population dynamics of an entire ecosystem. Although scientists generally agree on the theory's fundamentals, they disagree on the reasons for the scaling. One camp thinks metabolic rate is driven by cell size; another thinks it corresponds to the size and geometry of physiological supply networks, such as the circulatory system.

The "cell-size" camp points out that small cells are more energetically demanding because they have a larger ratio of surface area to volume than big cells do, enabling them to exchange disproportionately more gas and nutrients. But, with the exception of one study on ants, evidence for small animals actually possessing small cells and correspondingly high metabolisms has been surprisingly lacking—until now.

With four colleagues, Zuzana Starostová, at the time a graduate student at Charles University in Prague, measured the size of red blood cells (a proxy for average cell size) and resting metabolic rate in fourteen species of eyelid geckos. The lizards are morphologically similar, but vary greatly in size: the largest, at a quarter pound, weighs thirty-three times as much as the smallest.

Sure enough, the team found that the larger geckos had bigger red blood cells and a lower metabolic rate relative to body size than small geckos did. Their work supports the idea that cell size helps determine metabolic rate—which, in turn, underlies much of life’s patterning.

The findings were detailed in the American Naturalist.

(ภาพข้างบนแสดง eyelid geckos ขนาดใหญ่สุดและเล็กสุด
creditภาพ : Zuzana Starostová & Lukáš Kratochvíl)

วันเสาร์ที่ 10 ตุลาคม พ.ศ. 2552

สารต้านมะเร็งจากเชื้อรา

เรียบเรียงจากเวบ MIT และ medlabnews
10 ตุลาคม 2552

เป็นครั้งแรกที่นักเคมีสามารถสังเคราะห์สารประกอบเชิงซ้อนที่ได้จากเชื้อราที่อาศัยในทะเล และมีความสามารถทำลายเซลล์มะเร็งได้

สารประกอบชนิดนี้ถูกค้นพบเมื่อสิบปีที่ผ่านมา โดย William Fenical จาก Scripps Institution of Oceanography (โครงสร้างดังรูปด้านซ้าย) มีชื่อว่า (+)-11,11'-Dideoxyverticillin A ซึ่งเป็นสารกลุ่ม alkaloids ที่มีโครงสร้างซับซ้อนมาก และจากการทดสอบในห้องทดลอง พบว่ามีความสามารถทำลายเซลล์มะเร็งได้

Mohammad Movassaghi นักวิจัยจาก MIT กล่าวว่า การสังเคราะห์สารเคมีชนิดนี้ขึ้นมาได้ จะทำให้การนำมาใช้ทางการค้ามีจุดเริ่มที่จะวิจัยพัฒนาต่อ เป็นตัวยาที่เหมาะสมได้ในอนาคต

จากการค้นพบนี้ ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถนำมาพัฒนา ดัดแปลงโครงสร้าง ให้เป็นสารที่อาจนำมาใช้เป็นยาสำหรับรักษาโรคมะเร็งในอนาคตได้ กลไกการทำลายมะเร็งของสารประกอบชนิดนี้ ยังไม่ทราบแน่ชัด แต่อาจเป็นได้ว่า มีความเกี่ยวพันกับกระบวนการต่อต้านสิ่งแปลกปลอมตามธรรมชาติของร่างกาย หรือ เกี่ยวข้องกับกลไกการส่งสัญญานต่างๆ ของเซลล์

Movassaghi กล่าวต่อว่า มันอาจเป็นกลไกป้องกันตัวเองของเชื้อรา ที่ทำโดยการหลั่งสารพิษ เพื่อแข่งขัน ปกป้องตัวเองจากการรุกรานของสิ่งมีชีวิตอื่น หรือ ปกป้องการเข้ามาแย่งแหล่งอาหารของตนก็ได้ แต่ไม่ว่าจะด้วยเหตุผลใดก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ก็เชือว่า สารนี้เป็นความหวังในการผลิตยารักษาโรคมะเร็ง โดยเฉพาะมะเร็งเต้านม เนื่องจากสารนี้มีฤทธิ์ทำลายเซลล์มะเร็งเต้านมที่เพาะเลี้ยงในห้องทดลองได้

วันเสาร์ที่ 3 ตุลาคม พ.ศ. 2552

microRNAs : ความหวังในการค้นหา marker สำหรับวินิจฉัยโรคมะเร็งตับอ่อน

เรียบเรียงจาก scientific american Spt 18, 2009 โดย Carina Storrs
3 ตุลาคม 2552

Scientists are looking at microRNAs for early detection of the notoriously silent cancer that usually becomes symptomatic after it is too late for treatment.

ความล้มเหลวในการตรวจพบมะเร็งตับอ่อนตั้งแต่ระยะเริ่มแรกของโรค เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้อัตราการตายของผู้ป่วยโรคนี้สูงมาก ประมาณการว่า ปีนี้ชาวอเมริกัน 42,000 คน ได้รับการวินิจฉัยว่าเป็นโรคนี้ และเกือบทั้งหมดต้องเสียชีวิต โดย 76% เสียชีวิตภายในปีแรกที่ตรวจพบ

ผู้ป่วยที่มาพบแพทย์ มักมาด้วยอาการปวดท้อง น้ำหนักลด และดีซ่าน ซึ่งกว่าจะถึงอาการเหล่านี้ มะเร็งก็เข้าระยะ metastasis แล้ว ทำให้การรักษาโดยผ่าตัดไม่ได้ผลอีกต่อไป การทำ MRI หรือ CT scan ก็ไม่สามารถตรวจพบเนื้อร้ายนี้ และจนถึงปัจจุบัน ก็ยังไม่มี markers ในเลือดใดๆ ที่น่าเชื่อถือพอที่ทางห้องปฏิบัติการ จะนำมาใช้เพื่อตรวจวินิจฉัยโรคนี้ได้ตั้งแต่ระยะเริ่มแรก

ความหวังใหม่ในการหา marker สำหรับโรคนี้ ได้มุ่งไปที่โมเลกุล RNA ขนาดเล็กที่เรียกชื่อว่า microRNAs ซึ่งเป็น RNA ที่ประกอบด้วย 19-25 nucleotides และไม่ถูกใช้ในการ translate เป็นโปรตีน แต่สามารถเข้าจับกับ target RNA ที่มี sequence ที่เข้ากันได้ ทำให้ RNA นั้นใช้สังเคราะห์โปรตีนไม่ได้ และถ้า target RNA ที่ถูกบล๊อคนี้ สามารถุถอดรหัสเป็น tumor suppressor protein ได้ ผลที่ได้สุดท้ายคือ ไม่มีการสร้าง tumor suppressor protein นั่นเท่ากับว่า microRNA นี้ ทำหน้าที่ส่งเสริมให้เซลล์มะเร็งเจริญได้ดี

จากการศึกษาเมื่อไม่นานมานี้ มีรายงานว่า microRNA 'signature' มีความเกี่ยวพันกับโรคมะเร็ง โดยสามารถตรวจพบระดับ microRNAs ในเนื้อเยื่อมะเร็งชนิดต่างๆ สูงผิดปกติเมื่อเทียบกับคนที่ไม่เป็นมะเร็ง และในคนไข้มะเร็งตับอ่อน ก็สามารถตรวจพบระดับ microRNAs หลายสิบชนิดที่มีปริมาณแตกต่างจากคนไม่เป็นโรคนี้

คณะผู้วิจัยจาก University of Texas M.D.Anderson Cancer Center ใน Houston ได้ทดลองตรวจหาระดับ microRNA จากตัวอย่างเลือด โดยเลือก microRNA 4 ชนิด มาใช้ในการทดลอง ผลปรากฎว่า สามารถตรวจพบ microRNAs ในกระแสเลือดได้ และในเลือดของคนไข้มะเร็งตับอ่อน จะมีระดับที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับคนปกติ

อย่างไรก็ดี microRNAs 4 ชนิด ที่ใช้ในการทดลองนี้ ก็สามารถพบระดับสูงได้ในมะเร็งชนิดอื่นด้วย เช่น มะเร็งปอด และเต้านม ดังนั้น ผลที่ได้ จึงยังไม่สามารถใช้แยกแยะชนิดของมะเร็งออกจากกันได้ การทดลองขั้นต่อไป คือ ความพยายามค้นหา tissue-specific microRNAs ที่จำเพาะเฉพาะกับมะเร็งตับอ่อน เพื่อความหวังที่จะสามารถนำมาใช้ เพื่อตรวจวินิจฉัยโรคนี้ตั้งแต่ระยะเริ่มแรก

มะเร็งตับอ่อน เป็นมะเร็งชนิดที่สามต่อจากมะเร็งต่อมลูกหมากและมะเร็งรังไข่ ที่สามารถตรวจพบ microRNAs ได้จากเลือด นักวิทยาศาสตร์หวังว่า ในอนาคต ความรู้เกี่ยวกับ tissue-specific microRNAs จะถูกนำมาใช้เป็นเครื่องมือในการตรวจคัดกรองชนิดของมะเร็งได้ และยังมีความหวังที่จะตรวจพบระดับสารตัวนี้ในปัสสาวะ และน้ำลายด้วย ซึ่งหากประสบผลสำเร็จ คนไข้ที่มาตรวจมะเร็ง จะไม่เจ็บตัวจากการถูกเจาะเลือดอีกต่อไปด้วย

วันพฤหัสบดีที่ 1 ตุลาคม พ.ศ. 2552

เอนไซม์สมอง CPE ช่วยลดน้ำหนัก

จาก เวบไซต์ โลกวันนี้
1 ตุลาคม 2552

นักวิจัยอิตาลีค้นพบเอนไซม์ในสมอง อาจช่วยรีดน้ำหนักตัวได้ โดยไม่กลับมาอ้วนเหมือนเดิม ผลจากการยับยั้งกลไกการป้องกันโดยธรรมชาติของร่างกาย ที่จะใช้พลังงานลดลงไปเมื่อกินน้อยลง

นิตยสารเนเจอร์ เมดิซีน รายงานผลการศึกษาของโดเมนิโค แอ็คซีลี ผู้เชี่ยวชาญด้านความผิดปรกติของต่อมไร้ท่อชาวอิตาลี ที่ค้นพบว่าเคมีในสมองตัวหนึ่งอาจช่วยรีดน้ำหนักตัวได้ ซึ่งได้แก่เอนไซม์ชื่อว่า CPE ที่อยู่ในสมองส่วนไฮโปทาลามัส (Hypothalamus) ที่ทำงานเกี่ยวข้องกับหลายส่วน รวมถึงด้านอารมณ์ความรู้สึกต่างๆ ความหิวและความอิ่ม

นักวิจัยเชื่อว่าเอนไซม์ CPE จะช่วยลดน้ำหนักตัวได้ด้วยการไปยับยั้งกลไกการป้องกันโดยธรรมชาติของร่างกายอย่างหนึ่งนั่นคือ มีการใช้พลังงานลดลงไปเมื่อคนเราบริโภคอาหารน้อยลง ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้การลดน้ำหนักตัวโดยการรับประทานอาหารน้อยลงไม่ได้ผล หรือกลับมาอ้วนใหม่ได้อีก เพราะการรับประทานอาหารน้อยลงเพื่อลดน้ำหนักไปกระตุ้นให้กลไกดังกล่าวของร่างกายทำงานได้ดีขึ้น โดยใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ทั้งนี้ ในการทดลองกับหนูพบว่าเมื่อ CPE อยู่ในระดับต่ำ หนูจะกินอาหารมาก และร่างกายเผาผลาญพลังงานเพียงเล็กน้อย แต่เมื่อ CPE มีระดับสูงขึ้น หนูกินอาหารน้อยลงไป ในขณะที่ร่างกายมีการใช้พลังงานในอัตราปรกติ นักวิจัยจึงคาดหวังว่าจะสามารถพัฒนายาที่ช่วยกระตุ้นหรือเพิ่ม CPE ในร่างกายเพื่อช่วยลดน้ำหนักตัวโดยไม่กลับมาอ้วนใหม่ได้ในอนาคตอันใกล้ หลังจากที่มียาที่คล้ายคลึงกันนี้สำหรับรักษาโรคเบาหวานและยารักษาโรคติดเชื้ออื่นๆเข้าตลาดแล้ว

========================

หมายเหตุเพิ่มเติม
1. CPE = Carboxypeptidase E

2. Reference

Nature Medicine
Published online: 20 September 2009 doi:10.1038/nm.2026

The obesity susceptibility gene Cpe links FoxO1 signaling in hypothalamic pro-opiomelanocortin neurons with regulation of food intake

Leona Plum1,5, Hua V Lin1, Roxanne Dutia1, Jun Tanaka1, Kumiko S Aizawa1, Michihiro Matsumoto1,2, Andrea J Kim1, Niamh X Cawley3, Ji-Hye Paik4, Y Peng Loh3, Ronald A DePinho4, Sharon L Wardlaw1 & Domenico Accili1

---------------------------------------------------------------

Abstract

Reduced food intake brings about an adaptive decrease in energy expenditure that contributes to the recidivism of obesity after weight loss. Insulin and leptin inhibit food intake through actions in the central nervous system that are partly mediated by the transcription factor FoxO1. We show that FoxO1 ablation in pro-opiomelanocortin (Pomc)-expressing neurons in mice (here called Pomc-Foxo1−/− mice) increases Carboxypeptidase E (Cpe) expression, resulting in selective increases of -melanocyte–stimulating hormone (-Msh) and carboxy-cleaved -endorphin, the products of Cpe-dependent processing of Pomc. This neuropeptide profile is associated with decreased food intake and normal energy expenditure in Pomc-Foxo1−/− mice. We show that Cpe expression is downregulated by diet-induced obesity and that FoxO1 deletion offsets the decrease, protecting against weight gain. Moreover, moderate Cpe overexpression in the arcuate nucleus phenocopies features of the FoxO1 mutation. The dissociation of food intake from energy expenditure in Pomc-Foxo1−/− mice represents a model for therapeutic intervention in obesity and raises the possibility of targeting Cpe to develop weight loss medications.

พยาธิลำไส้ ป้องกัน “ภูมิแพ้”

จาก เวบไซต์ โลกวันนี้
1 ตุลาคม 2552

นักวิจัยอังกฤษและเวียดนามศึกษาพบว่า การติดเชื้อปรสิตหรือพยาธิในลำไส้ ช่วยป้องกันการเป็นโรคภูมิแพ้ได้ โดยหลังถ่ายพยาธิให้เด็กในเวียดนามพบมีอัตราป่วยภูมิแพ้ไรฝุ่นเพิ่ม

บีบีซี นิวส์ ออนไลน์ รายงานการศึกษาของนักวิจัยมหาวิทยาลัยนอตติงแฮมในอังกฤษ และนักวิจัยชาวเวียดนามพบว่า เชื้อปรสิตหรือพยาธิที่สิงสถิตในลำไส้ของคน อาจช่วยปูทางสู่วิธีการใหม่ๆ เพื่อรักษาโรคหืดและโรคภูมิแพ้อื่นๆ ได้ โดยพบว่า แม้มีการระบาดของโรคติดเชื้อพยาธิปากขอและพยาธิชนิดอื่นๆใ นเวียดนาม แต่กลับมีการเกิดโรคหืดและโรคภูมิแพ้ชนิดอื่นๆ ในอัตราต่ำ และการถ่ายพยาธิในร่างกาย สามารถทำให้เด็กๆ เกิดโรคภูมิแพ้เนื่องจากไรฝุ่นเพิ่มขึ้น

ที่ผ่านมา การปรับปรุงดีขึ้นในด้านสุขอนามัย สามารถช่วยลดการติดเชื้อพยาธิในกลุ่มประชาชนส่วนใหญ่ของประเทศกำลังพัฒนาต่างๆ ลงไปได้ แต่บรรดาผู้เชี่ยวชาญเชื่อว่า พยาธิที่มีวิวัฒนาการร่วมกับมนุษย์มานานหลายล้านปี มีวิธีปรับตัว ที่ช่วยเอื้อให้รอดพ้นจากการทำลายของระบบภูมิคุ้มกัน และทำให้อยู่ในร่างกายของคนได้ อีกทั้งยังกลายเป็นความสัมพันธ์แบบพึ่งพากันได้อย่างลงตัว โดยเมื่อปราศจากเชื้อพยาธิในลำไส้หรือปรสิตชนิดอื่นๆ สามารถส่งผลสมดุลของระบบภูมิคุ้มกัน และทำให้กลายเป็นโรคหืดและภูมิแพ้ชนิดอื่นๆ ตามมาได้

จากการศึกษาล่าสุดที่เกิดขึ้นในเขตชนบททางภาคกลางของเวียดนาม ซึ่งมีอัตราการติดเชื้อพยาธิในลำไส้และอื่นๆ ในเด็ก 2 ในทุกๆ 3 คน แต่แทบไม่พบการเจ็บป่วยด้วยโรคภูมิแพ้ โดยมีเด็กที่เข้าร่วมการศึกษาจำนวนมากกว่า 1,500 คน อายุระหว่าง 6-17 ปี โดยนักวิจัย ได้ให้ยาถ่ายพยาธิแก่เด็กๆ ซึ่งยาจะไม่ส่งผลต่ออัตราป่วยโรคหืดและโรคภูมิแพ้ผิวหนัง ผลที่ได้พบว่า เด็กที่ได้รับยา ป่วยเป็นภูมิแพ้ไรฝุ่นภายในบ้านเพิ่มขึ้น ในขณะที่ 80% ของกลุ่มเด็กที่เป็นโรคหืดอยู่แล้วได้กลายเป็นภูมิแพ้ไรฝุ่นและแพ้สารก่อภูมิแพ้อื่นๆในสิ่งแวดล้อม

นักวิจัยชี้ว่า ผลที่ได้นี้แสดงให้เห็นชัดเจนว่า พยาธิในลำไส้ สามารถช่วยลดปฏิกิริยาตอบสนองต่อสารก่อภูมิแพ้ต่างๆ ให้ลดลงได้