Die Rolle von Atemwegssekret bei der Verhinderung von Virusinfektionen

Der Schleim in unseren Atemwegen ist ein wichtiger Bestandteil des Abwehrsystems unseres Körpers. Er hilft dabei, winzige Partikel und Keime, die wir einatmen, einzufangen. Dieser Schleim besteht aus speziellen Proteinen, die Mucine genannt werden und an denen Zuckermoleküle hängen. Diese Zuckermoleküle spielen eine grosse Rolle dabei, wie Schleim funktioniert und helfen, unsere Lungen gesund zu halten.

Mucine bilden eine gelartige Substanz, die dabei hilft, Viren und andere schädliche Partikel einzufangen. Wenn wir atmen, bewegen sich winzige, haarähnliche Strukturen, die Cilien genannt werden, koordiniert, um den Schleim nach oben und aus den Atemwegen zu drücken. Dieser Prozess hilft dabei, die im Schleim gefangenen Partikel zu entfernen und unsere Lungen sauber zu halten.

Forschungen haben gezeigt, dass diese Schleimbarriere Infektionen durch Viren wie das Influenza-Virus verhindern kann. Zum Beispiel haben Studien mit Mäusen gezeigt, dass, wenn eine bestimmte Art von Mucin, genannt Muc5ac, in höheren Mengen vorhanden ist, die Mäuse besser gegen das Virus geschützt sind. Trockenes Wetter kann jedoch den Schleim weniger effektiv machen, was das Risiko einer Infektion erhöht.

Wissenschaftler haben auch untersucht, wie das Influenza-Virus, oder kurz IAV, es vermeidet, im Schleim gefangen zu werden. Das Virus hat Proteine auf seiner Oberfläche, die an die Zucker im Schleim binden können, was ihm hilft, diese Barriere zu umgehen. Zwei wichtige Proteine des Virus sind Hämagglutinin (HA) und Neuraminidase (NA). HA hilft dem Virus, sich am Schleim festzuhalten, während NA dabei hilft, Zuckermoleküle zu zersetzen, die es zurückhalten könnten.

Mucine enthalten bestimmte Zucker, an denen das Virus sich festkrallen kann. Zwei dieser Zuckertypen, α-2,3 und α-2,6, sind auf Luftzellen und Mucinen zu finden. Frühere Studien haben gezeigt, dass das Virus sich im Schleim festsetzen kann, wenn die Aktivität von NA blockiert ist. Wenn diese Zucker entfernt werden, kann sich das Virus leichter durch den Schleim bewegen, was darauf hindeutet, dass diese Zucker eine Rolle beim Festhalten des Virus spielen.

Trotz des Fokus auf die Rolle der Zucker im Schleim wurde nicht viel Forschung dazu betrieben, wie die physikalische Struktur des Schleims das Virus beeinflusst. Schleim hat winzige Lücken oder Poren, und die Grösse dieser Poren kann beeinflussen, wie leicht das Virus hindurchkommt. Tatsächlich haben frühere Studien gezeigt, dass das Virus sich im Schleim mit einer Geschwindigkeit bewegt, die ähnlich ist wie die anderer Partikel ähnlicher Grösse.

In unserer Forschung haben wir untersucht, wie das Influenza-Virus sich durch Schleim bewegt, der von verschiedenen Typen menschlicher Atemwegzellen produziert wird. Wir haben Schleim aus mehreren Quellen gesammelt und seine Eigenschaften sowie das Verhalten des Virus darin untersucht. Durch den Vergleich des Schleims von verschiedenen Zelltypen konnten wir sehen, wie die Struktur und Zusammensetzung des Schleims die Bewegung des Virus beeinflusste.

#Verschiedene Formen von Schleim

Der Schleim, den wir gesammelt haben, hatte unterschiedliche Mengen von Mucinen, einem Schlüsselbestandteil des Schleims, und verschiedene Strukturen. Zum Beispiel hatte eine Art von Schleim, genannt NHBE-Schleim, eine höhere Konzentration an Mucinen im Vergleich zu anderen. Wir fanden auch heraus, dass die Menge bestimmter Zuckermoleküle zwischen verschiedenen Arten von Schleim variierte, was beeinflussen könnte, wie gut der Schleim das Virus einfängt.

Wir haben untersucht, wie gut sich das Virus durch Schleim bewegen konnte, der von drei verschiedenen Zelltypen stammt. Mit speziellen Bildgebungstechniken haben wir die Bewegung sowohl des Influenza-Virus als auch kleiner Partikel im Schleim verfolgt.

Die Ergebnisse zeigten, dass Schleim mit kleineren Poren besser darin war, das Virus einzufangen. Das liegt daran, dass kleinere Öffnungen grössere Partikel effektiver blockieren können. Wir bemerkten, dass der Schleim aus NHBE- und BCi-Kulturen kleinere Poren hatte als der aus Calu-3-Kulturen, die grössere Poren hatten und es dem Virus ermöglichten, sich freier zu bewegen.

#Einfluss von Zuckermolekülen im Schleim

Wir haben auch untersucht, wie sich das Entfernen von Zuckermolekülen aus dem Schleim auf die Bewegung des Virus auswirken würde. Durch die Behandlung des Schleims mit einem speziellen Enzym, das diese Zucker entfernt, entdeckten wir, dass das Influenza-Virus sich durch den Schleim mit einer ähnlichen Geschwindigkeit wie andere Partikel bewegte. Das war überraschend, da wir dachten, dass das Entfernen der Zucker die Bewegung erleichtern würde.

Interessanterweise war es so, dass das einfache Entfernen der Zuckermoleküle nicht unbedingt die Bewegung des Virus durch den Schleim erleichterte. Das deutet darauf hin, dass andere Faktoren, wie die physikalische Struktur des Schleims, möglicherweise einen grösseren Einfluss auf das Blockieren des Virus haben.

#Untersuchung von Virusvarianten

Um weiter zu untersuchen, wie das Virus mit Schleim interagiert, verwendeten wir verschiedene Versionen des Influenza-Virus, die unterschiedliche Arten von Zuckermolekülen bevorzugten. Überraschenderweise fanden wir heraus, dass diese Variationen die Fähigkeit des Virus, sich durch den Schleim zu bewegen, nicht signifikant beeinflussten, was darauf hindeutet, dass andere Faktoren eine Rolle spielen.

Wir haben auch ein synthetisches Modell erstellt, um es mit natürlichem Schleim zu vergleichen. Dieses Modell, das aus Polyethylenglykol (PEG) besteht, hatte ähnliche Eigenschaften wie echter Schleim in Bezug auf die Porengrösse, was uns ermöglichte zu sehen, wie gut es das Virus einfangen konnte. Unsere Ergebnisse zeigten, dass sowohl das synthetische Modell als auch der natürliche Schleim in der Lage waren, die Virusbewegung zu behindern.

#Schutz gegen Infektionen

Um zu sehen, wie effektiv Schleim und unser synthetisches Gel bei der Verhinderung von Infektionen waren, führten wir Tests an kultivierten Atemwegzellen durch. Nachdem wir den Schleim oder das Gel auf die Zellen aufgetragen hatten, führten wir das Influenza-Virus ein und entfernten es dann. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Verringerung der Infektionsraten in Kulturen, die entweder mit Schleim oder dem synthetischen Gel beschichtet waren.

Das deutet darauf hin, dass eine schützende Schicht aus Schleim oder einem ähnlichen Gel helfen kann, die Zellen vor viralen Infektionen zu schützen. Die physikalische Struktur des Schleims scheint eine Schlüsselrolle beim Festhalten des Virus und dessen Verhinderung, dass es die Zellen erreicht, zu spielen.

#Fazit

Unsere Studie hebt die wichtige Rolle hervor, die Atemwegsschleim beim Schutz vor viralen Infektionen, speziell dem Influenza-Virus, spielt. Sie zeigt, dass sowohl die physikalischen Eigenschaften des Schleims als auch die Anwesenheit von Zuckermolekülen zusammenarbeiten, um das Virus effektiv einzufangen. Allerdings hat die physikalische Struktur des Schleims einen grösseren Einfluss darauf, ob das Virus sich hindurch bewegen kann.

In Zukunft wird es wichtig sein, weiter zu untersuchen, wie verschiedene Faktoren, wie Alter oder Lungenerkrankungen, die Schleimeigenschaften und deren Fähigkeit, Infektionen zu bekämpfen, beeinflussen können. Das Verständnis dieser Wechselwirkungen könnte zu besseren Behandlungen und Präventionsmassnahmen gegen Atemwegsviren führen.