ชั้นนอกที่เหนียวของเชื้อราและแบคทีเรีย เรียกว่า "เมทริกซ์นอกเซลล์" หรือ ECM มีลักษณะคล้ายเจลและทำหน้าที่เป็นชั้นป้องกันและเปลือกหุ้ม แต่จากการศึกษาล่าสุดในวารสาร iScience ซึ่งดำเนินการโดยมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ แอมเฮิร์สต์ ร่วมกับสถาบันเทคโนโลยีวูสเตอร์ พบว่า ECM ของจุลินทรีย์บางชนิดจะก่อตัวเป็นเจลได้เฉพาะเมื่อมีกรดออกซาลิกหรือกรดชนิดง่ายอื่นๆ อยู่ด้วยเท่านั้น เนื่องจาก ECM มีบทบาทสำคัญในทุกสิ่งตั้งแต่การดื้อยาปฏิชีวนะไปจนถึงท่ออุดตันและการปนเปื้อนของอุปกรณ์ทางการแพทย์ การทำความเข้าใจว่าจุลินทรีย์จัดการกับชั้นเจลที่เหนียวของพวกมันอย่างไรจึงมีผลกระทบอย่างกว้างขวางต่อชีวิตประจำวันของเรา

“ผมสนใจเรื่อง ECM ของจุลินทรีย์มาโดยตลอด” แบร์รี กูเดลล์ ศาสตราจารย์ด้านจุลชีววิทยาแห่งมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ แอมเฮิร์สต์ และผู้เขียนหลักของบทความกล่าว “คนส่วนใหญ่มักคิดว่า ECM เป็นเพียงชั้นนอกที่ทำหน้าที่ปกป้องจุลินทรีย์ แต่ที่จริงแล้วมันยังสามารถทำหน้าที่เป็นทางผ่านสำหรับสารอาหารและเอนไซม์เข้าและออกจากเซลล์จุลินทรีย์ได้ด้วย”
สารเคลือบนี้มีหน้าที่หลายอย่าง: ความเหนียวของมันทำให้จุลินทรีย์แต่ละตัวสามารถรวมตัวกันเป็นกลุ่มหรือ "ไบโอฟิล์ม" และเมื่อมีจุลินทรีย์จำนวนมากพอรวมตัวกันเช่นนี้ ก็สามารถอุดตันท่อหรือปนเปื้อนอุปกรณ์ทางการแพทย์ได้
แต่เปลือกหุ้มจะต้องสามารถซึมผ่านได้ด้วยเช่นกัน: จุลินทรีย์หลายชนิดหลั่งเอนไซม์และสารเมตาบอไลต์อื่นๆ ออกมาทาง ECM เข้าสู่สารที่พวกมันต้องการกินหรือติดเชื้อ (เช่น ไม้ผุหรือเนื้อเยื่อของสัตว์มีกระดูกสันหลัง) และเมื่อเอนไซม์ทำงานเสร็จแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการย่อยอาหาร – ส่งสารอาหารกลับคืนผ่าน ECM
นี่หมายความว่า ECM ไม่ใช่เพียงแค่ชั้นป้องกันที่ไม่ทำอะไรเลย ที่จริงแล้ว ดังที่กูเดลล์และเพื่อนร่วมงานได้แสดงให้เห็น จุลินทรีย์ดูเหมือนจะมีศักยภาพในการควบคุมความหนืดของ ECM และด้วยเหตุนี้จึงสามารถควบคุมการซึมผ่านได้ พวกมันทำได้อย่างไร?
ในเชื้อรา สารที่หลั่งออกมาดูเหมือนจะเป็นกรดออกซาลิก ซึ่งเป็นกรดอินทรีย์ทั่วไปที่พบได้ตามธรรมชาติในพืชหลายชนิด และจากการค้นพบของกูเดลล์และเพื่อนร่วมงาน พบว่าจุลินทรีย์หลายชนิดใช้กรดออกซาลิกที่พวกมันหลั่งออกมาเพื่อยึดเกาะกับชั้นนอกของคาร์โบไฮเดรต ก่อให้เกิดสารเหนียวคล้ายเจลที่เรียกว่า ECM (Extracellular Matrix)
แต่เมื่อทีมวิจัยตรวจสอบอย่างละเอียด พวกเขาก็พบว่ากรดออกซาลิกไม่เพียงแต่ช่วยในการผลิต ECM เท่านั้น แต่ยัง "ควบคุม" มันด้วย กล่าวคือ ยิ่งจุลินทรีย์เติมกรดออกซาลิกเข้าไปในส่วนผสมของคาร์โบไฮเดรตและกรดมากเท่าไหร่ ECM ก็ยิ่งมีความหนืดมากขึ้นเท่านั้น และยิ่ง ECM มีความหนืดมากเท่าไหร่ ก็ยิ่งปิดกั้นโมเลกุลขนาดใหญ่ไม่ให้เข้าหรือออกจากจุลินทรีย์ได้มากขึ้นเท่านั้น ในขณะที่โมเลกุลขนาดเล็กยังคงสามารถเข้าสู่จุลินทรีย์จากสิ่งแวดล้อมได้ และในทางกลับกัน
การค้นพบนี้ท้าทายความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์แบบดั้งเดิมเกี่ยวกับวิธีการที่สารประกอบประเภทต่างๆ ที่ปล่อยออกมาจากเชื้อราและแบคทีเรียเข้าสู่สิ่งแวดล้อม กูเดลล์และคณะเสนอว่าในบางกรณี จุลินทรีย์อาจต้องพึ่งพาการหลั่งโมเลกุลขนาดเล็กมากเพื่อโจมตีเมทริกซ์หรือเนื้อเยื่อที่จุลินทรีย์นั้นใช้ในการดำรงชีวิตหรือติดเชื้อ ซึ่งหมายความว่าการหลั่งโมเลกุลขนาดเล็กอาจมีบทบาทสำคัญในการก่อโรค หากเอนไซม์ขนาดใหญ่ไม่สามารถผ่านเมทริกซ์นอกเซลล์ของจุลินทรีย์ได้
กูเดลล์กล่าวว่า “ดูเหมือนจะมีจุดกึ่งกลางอยู่ ที่ซึ่งจุลินทรีย์สามารถควบคุมระดับความเป็นกรดเพื่อปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมเฉพาะ โดยคงโมเลกุลขนาดใหญ่บางชนิด เช่น เอนไซม์ ไว้ ในขณะที่ปล่อยให้โมเลกุลขนาดเล็กผ่าน ECM ได้ง่าย การปรับเปลี่ยน ECM ด้วยกรดออกซาลิกอาจเป็นวิธีที่จุลินทรีย์ใช้ปกป้องตัวเองจากยาต้านจุลชีพและยาปฏิชีวนะ เนื่องจากยาเหล่านี้หลายชนิดประกอบด้วยโมเลกุลขนาดใหญ่มาก ความสามารถในการปรับแต่งนี้อาจเป็นกุญแจสำคัญในการเอาชนะอุปสรรคสำคัญประการหนึ่งในการบำบัดด้วยยาต้านจุลชีพ เนื่องจากการปรับเปลี่ยน ECM ให้ซึมผ่านได้มากขึ้นอาจช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของยาปฏิชีวนะและยาต้านจุลชีพได้”

กูเดลล์กล่าวว่า “หากเราสามารถควบคุมการสังเคราะห์และการหลั่งกรดขนาดเล็ก เช่น ออกซาเลต ในจุลินทรีย์บางชนิดได้ เราก็จะสามารถควบคุมสิ่งที่เข้าสู่จุลินทรีย์เหล่านั้นได้ ซึ่งอาจทำให้เราสามารถรักษาโรคที่เกิดจากจุลินทรีย์หลายชนิดได้ดียิ่งขึ้น”
ในเดือนธันวาคม 2022 นักจุลชีววิทยา ยาสุ โมริตะ ได้รับทุนสนับสนุนจากสถาบันสุขภาพแห่งชาติ เพื่อสนับสนุนงานวิจัยที่มีเป้าหมายสูงสุดคือการพัฒนายารักษาวัณโรคชนิดใหม่ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติม โปรดส่งอีเมลมาหาฉัน
อีเมล:
info@pulisichem.cn
โทรศัพท์:
+86-533-3149598