Filamen Musin: Definisi, Efek Kesehatan, Lapisan Mukosa, dan Penggunaan Ilmiah
Mereka adalah benang yang sangat halus dari protein yang ada dalam lendir dan sekresi saliva.
Musin adalah glikoprotein mukopolisakarida, yang merupakan salah satu konstituen utama dari sekresi lendir.
Semua selaput lendir mengeluarkan lendir, dan karena itu musin, tetapi yang lebih penting adalah di saluran pencernaan, sebagai unsur pelindung mukosanya.
Efek Kesehatan dari Filamen Musin
“Lendir, atau musin, adalah sesuatu yang memiliki efek kuat pada kesehatan kita,” kata Katharina Ribbeck, ahli biofisika di MIT yang bersama rekan-rekannya menggambarkan banyak peran lendir dalam Tinjauan Tahunan Sel dan Biologi Perkembangan 2018.
Sebagian besar fungsi tersebut berasal dari 5 persen zat non-air: berbagai garam, lipid, dan protein, terutama musin, yang memberi lendir kualitas agar-agar: polipeptida seperti benang panjang yang dilapisi secara kovalen dalam rantai gula yang disebut glukan.
Para ilmuwan telah menemukan banyak cara kerja protein musin untuk menjaga permukaan tubuh tetap bersih dan terlindungi, dan mereka terus menganalisis interaksi kompleks yang dimiliki molekul dengan mikroba.
Inilah beberapa dari apa yang telah mereka pelajari sejauh ini, dan kemana arah penelitian ini.
Lapisan lendir
Lapisan mukosa sangat bervariasi di seluruh tubuh, sejalan dengan fungsi yang diperlukan. Mata, misalnya, ditutupi dengan lapisan tipis lendir yang tidak terlalu kental, cukup untuk membuatnya tetap terhidrasi.
Bagian dalam usus besar, sebaliknya, memiliki lapisan karet tebal yang mencegah bakteri keluar.
Kunci dari sifat fisik ini adalah musin itu sendiri. Diproduksi oleh sel-sel khusus dalam jaringan yang melapisi rongga dan permukaan tubuh.
Mereka adalah beberapa molekul terbesar yang kita buat dan datang dalam dua jenis utama: musin yang disekresikan, yang terpancar untuk membentuk jaringan besar seperti jaring, dan musin terikat, yang tetap melekat pada sel.
Pembuatan musin berubah sesuai dengan tempat dan keadaan. “Ada banyak kekhususan sel,” kata ahli biofisika Brian Button dari Fakultas Kedokteran Universitas Carolina Utara.
Misalnya, lendir agar-agar yang menjaga saluran pernapasan tetap bersih terdiri dari lendir yang disekresikan MUC5B dan MUC5AC.
Secara umum, MUC5B dominan – analisis 2017 di New England Journal of Medicine menemukan bahwa itu sekitar 10 kali lebih banyak daripada MUC5AC, misalnya.
Tetapi selama infeksi dan kondisi medis lainnya, kadar MUC5AC meningkat secara tiba-tiba, menciptakan lendir yang lebih keras dan lengket yang lebih sulit dikeluarkan dari saluran udara.
Lebih banyak MUC5AC bisa bagus, karena lendir yang lebih kental mencegah bakteri menempel pada sel-sel dalam tubuh dan menyebabkan kerusakan, kata Button.
Tetapi dalam kondisi seperti asma, cystic fibrosis, dan penyakit paru obstruktif kronik, kelebihan produksi MUC5AC dapat menyebabkan penumpukan lendir yang berbahaya di saluran udara.
Di bagian lain dari tubuh, seperti perut, tingkat MUC5AC yang tinggi adalah standar dan membantu melindungi lapisan dari cairan pencernaan asam. Dan di usus, musin lain, MUC2, adalah pemain utama.
Di usus besar, MUC2 membentuk dua lapisan lendir: lapisan luar longgar yang menampung bakteri dan penghalang dalam yang padat yang mencegah mikroorganisme tersebut menembus sel-sel jaringan di bawahnya.
Berbeda dengan saluran udara, “di usus, Anda benar-benar tidak memiliki masalah dengan terlalu banyak,” kata Gunnar Hansson, ahli biologi musin di Universitas Gothenburg di Swedia. “Kamu lebih suka memiliki terlalu banyak daripada terlalu sedikit.”
Hari ini semakin dihargai bahwa triliunan mikroba yang hidup di usus kita, mikrobioma usus, memainkan peran penting dalam kesehatan dan penyakit. Dan di mana mereka tinggal? Di lapisan lendir bergizi.
Faktanya, telah menjadi jelas bahwa banyak dari bakteri komensal ini menggunakan glikan yang menyumbat molekul musin sebagai sumber energi utama mereka. Untuk itu, genom mereka membawa kode untuk enzim yang dapat membelah karbohidrat ini dan mencernanya.
Bakteri juga melepaskan metabolit seperti asam lemak rantai pendek butirat yang digunakan sel usus untuk lebih mendorong produksi musin.
“Mereka menggunakan energi untuk memberi makan diri mereka sendiri, tetapi mereka juga menghasilkan energi yang mereka kirimkan kembali kepada kita dan memungkinkan untuk menghasilkan musin dalam jumlah besar ini,” kata Hansson. “Mereka mendapat manfaat dari ini, dan kita juga mendapat manfaat.”
Tidak seperti penghuni alami usus kita, bakteri patogen cenderung kekurangan mesin yang diperlukan untuk memanfaatkan glukan dalam musin, dan telah mengembangkan cara lain untuk memperluas populasinya.
Mengelola perilaku mikroba
Lendir tidak hanya berfungsi sebagai penghalang fisik dan makanan bagi mikroba.
Para ilmuwan telah menemukan bahwa glycans yang menghiasi permukaan molekul-molekul ini dapat mempengaruhi perilaku dan fisiologi mikroba patogen dan mengurangi kemampuannya untuk menyebar dan menyebabkan kerusakan.
Dalam studi 2012 di Current Biology, misalnya, Ribbeck dan rekan menemukan dalam eksperimen tabung reaksi bahwa musin dapat menghentikan bakteri Pseudomonas aeruginosa, penyebab banyak infeksi berbahaya yang didapat di rumah sakit, dari pembentukan biofilm, komunitas mikroba yang erat. sulit untuk diberantas.
Laboratorium Ribbeck kemudian menunjukkan bahwa musin dapat mencegah pembentukan biofilm patogen lain, termasuk bakteri Streptococcus mutans, yang bertanggung jawab atas kerusakan gigi.
Selain mengendalikan penyerbu asing, musin juga dapat membantu mengendalikan mikroba penghuni tubuh kita.
Tim Ribbeck menemukan bahwa molekul membalikkan transisi dari Candida albicans, jamur yang biasanya hidup damai di dalam mikrobioma sehat, ke bentuk patogen.
Mereka melakukan ini dengan menekan kemampuan Candida untuk membentuk filamen, menempel pada permukaan, dan mengembangkan sifat lain yang memungkinkannya menyebabkan kerusakan.
Filamen musin juga dapat bertindak sebagai umpan untuk mencegah infeksi.
Pada tahun 2009, Mike McGuckin, seorang ahli biologi molekuler di University of Melbourne di Australia, dan rekan-rekannya melaporkan di PLOS Pathogens bahwa ketika Helicobacter pylori, bakteri yang dapat menyebabkan tukak lambung dan kanker lambung, mencoba untuk menempelkan sel di permukaan usus. lambung , musin dapat mengikat patogen sebagai gantinya.
Musin kemudian melepaskan diri dari membran sel dan mengangkut penyerbu potensial ke dalam asam lambung.
“Banyak bakteri dan virus mengenali gula tertentu pada permukaan sel, dan inilah cara mereka mengetahui bahwa mereka mencapai sel,” jelas Button. “Mucin dapat meniru pola glikosilasi ini dan bertindak sebagai umpan molekuler.”
Tetapi beberapa bakteri penyebab penyakit menggunakan musin untuk keuntungan mereka.
Dalam studi lain, McGuckin dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa Campylobacter jejuni, mikroba yang hidup tidak berbahaya pada ayam tetapi dapat menyebabkan keracunan makanan pada manusia, mengenali lendir manusia dan menggunakan kehadirannya sebagai sinyal untuk meningkatkan aktivitas gen yang terlibat dalam patogenisitas.
Kemajuan Ilmiah: Lendir Sintetis
Para ilmuwan berharap suatu hari dapat membuat musin sintetis untuk penelitian dan pengobatan dan telah melakukan banyak pekerjaan untuk mengembangkan kultur jaringan untuk produksinya.
Tetapi pemahaman yang lebih baik tentang struktur molekul dan sifat biofisik akan diperlukan sebelum pengganti sintetis menjadi kenyataan klinis, kata ahli biologi molekuler Christopher Evans dari University of Colorado Denver, yang bekerja dengan rekan-rekannya untuk memisahkan beberapa detail tersebut.
Setelah ini selesai, musin sintetis dapat digunakan dalam penelitian laboratorium dan akhirnya untuk aplikasi perawatan kesehatan seperti mengendalikan patogen bermasalah, memulihkan lapisan mukosa yang rusak atau rusak, dan meningkatkan penghantaran obat melalui pembuatan lapisan yang dapat menghindari hambatan mukosa.