Funzioni e applicazione di Snail Mucins

Applicazioni di muco di lumaca.

Le mucine sono una famiglia di proteine altamente glicosilate che vengono secrete dagli animali per l'adesione, idratazione, lubrificazione, e altre funzioni. Nonostante la loro ubiquità, le mucine animali sono in gran parte insolite. Le lumache producono proteine muucina nelle loro mucose per una vasta gamma di funzioni biologiche, compresa la protezione microbica, adesione e lubrificazione. Recentemente, Le mucine di lumaca sono diventate anche una fonte redditizia di innovazione con applicazioni ad ampio raggio in tutta la chimica, biologia, biotecnologia, e biomedicina. Specificamente, muchi di lumaca sono stati applicati come prodotti per la cura della pelle, agenti cicatrizzanti, colle chirurgiche, e per combattere le ulcere gastriche. Recenti progressi nell'omica integrata (genomico, trascrittomica, proteomica, glicemico) le tecnologie hanno migliorato la caratterizzazione delle mucine gasteropodi, aumentare la generazione di nuovi biomateriali. Questa prospettiva descrive l'attuale ricerca sul muco di lumaca secreto, evidenziando le potenzialità di questo biopolimero, e delinea anche una strategia di ricerca per soddisfare il bisogno insoddisfatto di esaminare le strutture gerarchiche che portano all'enorme diversità biologica e chimica dei geni del muco di lumaca.

Introduzione

Intrighi nelle scie di melma di muco lasciate da lumache e lumache risalgono all'antica Grecia, dove hanno utilizzato il muco per la sua capacità di ridurre l'infiammazione e i segni dell'invecchiamento. Oggi il muco di lumaca è ancora utilizzato nei prodotti per la cura della pelle da varie aziende ed è un mercato in crescita il cui valore dovrebbe avvicinarsi $770 milioni di 2025. Nonostante le sue applicazioni commerciali, il campo della ricerca sul muco rimane sorprendentemente sottosviluppato. Il costituente primario responsabile delle proprietà del muco sono le mucine secrete, una famiglia di proteine fortemente glicosilate prodotte nelle cellule epiteliali nella maggior parte degli animali. Le mucine sono legate alla membrana plasmatica o secrete fuori dalla cellula, e ogni tipo ha grandi differenze nelle loro funzioni e capacità. Le mucine legate alla membrana sono glicolipidi che agiscono come marcatori per la segnalazione cellulare e proteggono anche la cellula da affronti extracellulari che potrebbero portare a danni, come infezioni e tensione fisica . Le mucine secrete possono essere biopolimeri che formano gel o non gel. I biopolimeri secreti formano le mucose su scala macroscopica. Queste membrane mucose rappresentano gran parte della superficie degli organismi multicellulari esposti all'ambiente. Nell'uomo, le membrane mucose rappresentano 99% della superficie corporea. Ogni specie di lumaca secerne più muchi funzionali distinti. Il muco prodotto dal piede di lumaca viene utilizzato per l'adesione e per la lubrificazione, permettendo alla lumaca di attaccarsi o camminare su qualsiasi superficie, anche se invertito. Inoltre, il muco prodotto sul dorso della lumaca viene utilizzato per la difesa microbica e l'idratazione dei tessuti. Alcune specie di lumache hanno usi specializzati per il muco. Per esempio, Falsilunatia eltanini (Luna Lumaca) usa il muco per proteggere le loro uova, e Tikoconus costarricanus (Lumaca di terra costaricana), utilizza il muco per attività portanti, tale da nascondersi dal Sole sul fondo delle foglie durante la siccità. Recenti progressi nell'omica (genomico, trascrittomica, proteomica, glicemia) le tecnologie hanno ampliato l'esplorazione delle mucine gasteropodi come risorsa scientifica con applicazioni ad ampio raggio in tutta la chimica, biologia, biotecnologia, e medicina. Per esempio, le proprietà antimicrobiche del muco di lumaca vengono utilizzate per combattere i disturbi osservati nell'uomo che vanno dalle ulcere gastriche, alle infezioni post-chirurgiche correlate. Le mucine vengono anche accoppiate con terapie approvate al fine di potenziare le capacità del farmaco di curare le malattie, come il diabete e la colite ulcerosa. Inoltre, Le mucine di lumaca sono oggetto di studio in una vasta gamma di altre applicazioni biotecnologiche che sfruttano le loro proprietà simili ai tensioattivi . Nonostante il loro potenziale, poco si sa su come le strutture gerarchiche della mucina rappresentino le loro diverse proprietà funzionali. C'è un bisogno insoddisfatto di esaminare la diversità biologica e chimica dei geni della mucina di lumaca per chiarire i principi guida che determinano le diverse proprietà associate a ciascun gene. Questo articolo prospettico evidenzierà le attuali applicazioni del muco di lumaca secreto che dimostrano il potenziale di questo biopolimero come risorsa per i progressi biotecnologici e biomedici. Descriveremo anche una strategia omica integrata per studiare la diversità biologica e chimica dei geni del muco di lumaca.

Applicazioni di muco di lumaca.

(Un) Applicazioni di muco di lumaca. Il muco di lumaca è stato utilizzato per la cura della pelle, guarigione e ringiovanimento delle ferite, e somministrazione di farmaci. Il muco di lumaca viene esplorato nella scienza alimentare, rivestimenti implantari, e altri settori biotecnici stanno attualmente ricercando mucine da esplorare per un potenziale utilizzo. (B) Una rappresentazione bidimensionale delle strutture mucina. Le mucine sono caratterizzate da due parti della loro struttura, il loro nucleo proteico, e la loro ramificazione glicana. Il nucleo proteico è una sequenza proteica di lunghezza variabile a seconda del gene mucina, che è stato ulteriormente modificato con rami di glicosilazione. La struttura delle proteine, Dispone tuttavia di più domini, e questi domini variano a seconda della funzione e della posizione cellulare della mucina. I rami di glicano sono rami di zucchero che vanno da 3 A 18 zuccheri, e costituiscono la maggior parte della massa mucina. Mostrati sono 2 rappresentazioni dimensionali dei diversi tipi di mucine, e le loro caratteristiche stereotipate. (C) Applicazione di un approccio omico integrato per identificare la sequenza di mucina di lumaca, struttura, e funzione. Sentiero 1(A sinistra) estrarre proteine mucina grezze e separarle dai detriti cellulari per ottenere masse di sequenza da analisi spettroscopiche e spettrometriche di massa. Sentiero 2(A destra) Estrazione di RNA da ghiandole mucose o intero animale seguita da de novo assemblaggio di sequenze di geni di mucina per generare un database per BLAST contro mediante un confronto di sequenze assemblate con un database di mucina noto, otteniamo presunte sequenze di mucina. Combinando le pipeline proteomiche e RNA confermiamo la sequenza di mucina di tipo nativo per ulteriori analisi.

Variazioni strutturali delle mucine

Le mucine contengono diversi domini che contribuiscono alla loro funzione complessiva. La variazione strutturale consente la loro ampia diversità biologica e caratteristiche fisiche uniche. Un dominio di ripetizione tandem situato al centro della spina dorsale proteica, ricco di serina, treonina, e prolina, serve come ancoraggio per la glicosilazione. I glicani mucina sono prevalentemente legati all'O, ma possono essere presenti piccole quantità di glicani legati all'N. La lunghezza del dominio di glicosilazione e il numero di ripetizioni differiscono tra le mucine e conferiscono diverse caratteristiche chimiche. Le mucine secrete hanno regioni ricche di cisteina su entrambe le estremità del dominio di ripetizione tandem che vengono utilizzate per la stabilizzazione, fornire punti ponte disolfuro per entrambi gli inter- e legame intramolecolare. Inoltre, queste regioni servono sia a fornire un'ulteriore diversificazione strutturale, e consentire la multimerizzazione di mucine e altre biomolecole ricche di zolfo .

Tipicamente, N-acetilgalattosamina (GalNAc) è attaccato al nucleo proteico tramite legami O-glicosidici tra il monosaccaride e i residui di Ser o Thr (GalNAc[α1]-Ser/Thr). Questo forma l'antigene TN, che si trova comunemente negli esseri umani per essere sovraregolato in alcuni tumori . Quindi, il galattosio viene aggiunto alla struttura (Ragazza[β1-3]GalNAc[α1]-Ser/Thr), formando il nucleo di mucina 1 O-glicano. Gli O-glicani variano di dimensioni, Da 2 A 20 residui zuccherini, e nella composizione, come altri zuccheri come N-acetilglucosamina (GlcNAc) e fucose (Fuc ·) vengono aggiunti in sequenza. Gli acidi sialici e il mannosio si trovano anche in tracce. Acidi sialici in particolare, sono noti per svolgere un ruolo importante nelle proprietà immunitarie delle mucine. L'acido sialico media le interazioni cellula-cellula, oltre ad essere in grado di mascherare gli antigeni dai macrofagi umani . Ulteriore, gli acidi sialici sono i principali punti di legame per le lectine, una famiglia proteica comune trovata nel sistema immunitario innato. Inoltre, le mucine secrete mostrano anche C-mannosilazione, dove C1 del mannosio si lega con l'anello dell'indolo nel triptofano, consentendo una maggiore variazione della struttura terziaria .

Sottili cambiamenti all'interno della struttura della mucina, in particolare la sequenza aminoacidica e la glicosilazione, può corrispondere a funzioni biologiche molto diverse . Mentre queste proteine sono prevalentemente carboidrati in peso, fino a 90%, entrambe le strutture proteiche e glicane forniscono caratteristiche funzionali generali alla mucina. Inoltre, le mucine individuali possono avere glicoforme multiple in stati normali e malati, e diverse popolazioni di una singola specie possono presentare glicoforme distinte. Questa diversità consente agli organismi di individualizzare ogni mucina per specifiche condizioni fisiologiche e ambientali. Nel complesso si sa poco sulla connessione genotipo-fenotipo dei geni mucina che porta alle varie proprietà funzionali. Sono stati identificati diversi geni della mucina umana e ci sono almeno 21 geni codificanti la mucina convalidati, ognuno con diverse attività biologiche. Al contrario, mentre molti presunti geni della mucina di lumaca sono stati identificati, nessuno è stato convalidato. Tuttavia, la mancanza di una robusta caratterizzazione della genetica e delle differenze strutturali tra i muchi di lumaca non ha precluso la loro applicazione per rispondere alle pressanti esigenze di materiali medici e biotecnologici.

Mucine di lumaca come agenti antimicrobici

I batteri resistenti agli antibiotici stanno diventando un problema sempre più diffuso senza molte soluzioni praticabili. Perché i molluschi mancano di immunità adattativa, dipendono dalle barriere fisiche e dall'immunità innata per la protezione contro gli agenti patogeni. Per la maggior parte delle lumache, il piede ha il maggior contatto con superfici contaminate da agenti patogeni e parassiti, e la secrezione di muco lungo i piedi protegge da tali microbi. Uno dei primi muchi valutati per l'attività antimicrobica è stato quello di Achatina fulica (Lumaca gigante africana di terra). Muco da Un. fulica dimostrata promettente attività antibatterica contro i batteri Gram-positivi, Bacillus subtilis e Staphylococcus aureus, e i batteri Gram-negativi, Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa . Le secrezioni di muco di Un. fulica ha inibito la crescita batterica di entrambi S. aureo e S. epidermidi se applicato tramite pellicole per la medicazione delle ferite su un modello di mouse. Le medicazioni della ferita hanno migliorato la maturazione del tessuto di granulazione e il tasso di deposizione di collagene, che sono noti per accelerare il processo di guarigione . In uno studio simile, il muco di Helix aspersa dimostrata attività antimicrobica contro diversi ceppi di Pseudomonas aeruginosa. Ulteriore, il muco di entrambi Un. marginata e Un. fulica, sono stati utilizzati come dressinsg avvolto su 28 campioni di ferite cliniche raccolti con infezioni comuni note. Il muco ha mostrato potenza antibatterica contro Stafilococco, Streptococco, e Pseudomonas isolato dalle ferite. Nello stesso studio, rispetto a sette antibiotici comuni, compresa l'amoxicillina, streptomicina, e cloramfenicolo, alcune delle secrezioni di muco erano più inibitorie alle infezioni rispetto agli antibiotici commerciali. Comprendere le proprietà antimicrobiche del muco di lumaca è un'area di ricerca attiva e in crescita.

Specie di molluschi la cui mucina è stata applicata in vari settori per applicazioni biomediche o biotecnologiche.Mucina di molluschi applicata come antimicrobici per inibire i patogeni.

Specie di molluschi la cui mucina è stata applicata in vari settori per applicazioni biomediche o biotecnologiche. Mucina di molluschi applicata come antimicrobici per inibire i patogeni.

Mucine di lumaca come veicoli per la somministrazione di droga

L'adattabilità dei biopolimeri di mucina di lumaca li rende candidati particolarmente promettenti per nuovi sistemi di somministrazione di farmaci. Durante l'accoppiamento, le lumache maschio sparano un dardo per fornire muco contenente proteine accessorie nella femmina, che a sua volta aumenta la fertilità della lumaca femmina . Questo processo si basa su un sistema multifunzionale, con ogni componente che svolge un ruolo definito. Il dardo agisce come un ago, perforare il tessuto e iniettare il muco che trasporta le proteine accessorie nella lumaca femmina. In modo simile, il muco potrebbe essere adattato per agire come vettore di consegna per molecole bioattive. Il muco di lumaca è noto per accoppiarsi eccezionalmente bene con qualsiasi farmaco che viene assorbito attraverso le membrane mucose a causa della loro capacità di facilitare la diffusione attraverso le membrane . Per esempio, metformina cloridrato, un farmaco per il diabete, è stato attaccato alla mucina di lumaca gigante africana usando glicole polietilenico (PIOLO) per aumentare la biodisponibilità del farmaco. PEGilazione, è un processo comunemente utilizzato in cui una terapia è circondata prevalentemente da una matrice di polimeri, polietilenglicole. Questa matrice influisce vantaggiosamente sulla farmacocinetica della terapia, prolungare l'emivita, tramite protezione dagli anticorpi, e consentendo un controllo variabile della biodistribuzione a seconda della composizione della matrice. La mucina di lumaca in particolare mostra promesse come polimero, in quanto sono altamente idrofili, e anche facilmente interagire con le membrane della mucosa gastrointestinale, una posizione comune di assorbimento del farmaco. La mucina PEgilata caricata con metformina ha migliorato la farmacocinetica e la farmacodinamica del farmaco normalmente scarsamente assorbito, aumentare il rilascio a 92% rispetto al 81% attualmente utilizzato sul mercato. In un'altra applicazione, intero Costus afer (giglio allo zenzero) fiori combinati con muco di lumaca hanno mostrato una riduzione dei livelli di glucosio nel sangue nei diabetici Mus musculus (Topi albini svizzeri) in modo dose-dipendente, che ha mostrato il possibile potenziale antidiabetico della mucina di lumaca.

La matrice polimerica legante i farmaci e i cristalli di vaterite contenenti mucina sono stati utilizzati come vettori di somministrazione di farmaci per un carico efficace e un rilascio controllato di piccoli farmaci antitumorali e terapie a base di proteine. Microcristalli di Vaterite, quando cristallizzato in concentrazioni di mucina che variano tra 1 e 6 mg/ml, hanno una migliore ritenzione delle bioattività cationiche e stabilità in condizioni fisiologiche Inoltre, le mucine sono state accoppiate con fotosensibilizzatori al fine di migliorare il targeting e ottimizzare il controllo della consegna nelle cellule cancerose. Le capsule multistrato di mucina autoassemblate e le microparticelle contenenti mucina sono di particolare interesse per studi futuri sui meccanismi di somministrazione di farmaci a rilascio controllato, in particolare per superare le sfide della biocompatibilità, biodegradabilità, e mucoadesione.

Mucine di lumaca come agenti antitumorali

La mucina di lumaca ha mostrato un potenziale terapeutico contro il melanoma, uno dei tumori della pelle più pericolosi. Mentre i nuovi sviluppi nella terapia del cancro hanno portato a maggiori tassi di remissione e aspettative di vita più lunghe per le persone affette., questi sviluppi non hanno mostrato rese simili per il melanoma. Poiché la resistenza al trattamento è comune per questo cancro, c'è un urgente bisogno di trovare nuovi approcci efficaci per il trattamento del melanoma. Uno studio di H. apersa muco su linee cellulari di melanoma ha riferito che la muco di lumaca ha ridotto la vitalità e inibito le metastasi delle cellule di melanoma. La diminuzione della vitalità delle cellule è stata attribuita ad un evento apoptotico correlato alla scissione del Poly (ADP-ribosio) polimerasi (PARP ·). Inoltre, l'inibizione delle metastasi è stata ottenuta bloccando la funzione e l'espressione dell'integrina, e quindi inibendo il cancro dalla capacità di crescere. In un altro studio, H. aspersa la mucina ha inibito direttamente la crescita di due linee cellulari di melanoma umano, aumentando l'espressione della citochina TNFα, e inibisce NF-κB, un processo di trascrizione che nella corretta regolazione è stato collegato alla progressione del cancro, la crescita di queste linee cellulari è diminuita, dimostrando le sue proprietà anti-melanogeniche. Mentre è ancora nelle prime fasi di sviluppo, l'applicazione delle mucine di lumaca come agenti antitumorali è di crescente interesse nella comunità biomedica.

Le mucine di lumaca facilitano la guarigione delle ferite

Il muco di lumaca può facilitare la guarigione ed è diventato una risorsa importante nella ricerca sulle ferite. Mucine dal Helix aspersa (Lumaca da giardino) hanno dimostrato di aiutare con la rigenerazione della pelle dopo radiodermatite acuta, un effetto collaterale comune della radioterapia. Secondo quanto riferito, il muco della lumaca da giardino ha aumentato i tassi di guarigione attraverso la regolazione antiossidante e dei radicali liberi. Muco dal giardino ha migliorato l'eritema nei modelli di ratto, e, gli stessi ratti hanno mostrato anche una riduzione del fotoinvecchiamento. Oltre ad essere in grado di trattare lesioni superficiali, le mucine hanno dimostrato la capacità di essere utilizzate su ferite interne. Le mucine sono state incorporate insieme ai farmaci antinfiammatori orali non steroidei (FANS), per ridurre o eliminare le lesioni della mucosa gastrica. I FANS riducono l'infiammazione, ma hanno effetti collaterali avversi legati a lesioni gastrointestinali e danni al fegato. Molte aziende si sono rivolte a prodotti naturali per contrastare questi effetti collaterali, e Mucin hanno dimostrato di trattare le ulcere peptiche, un effetto collaterale causato dai FANS. Una combinazione dell'antibiotico, claritromicina, e Un. fulica la mucina ha mostrato risultati positivi nel trattamento dell'ulcera peptica. Oltre alle proprietà anti-ulcera, il tasso di guarigione delle ulcere aumentava con la concentrazione di mucina ed era più veloce della sola claritromicina.

Muco di lumaca utilizzato per materiali bioispirati

Lo studio delle sostanze presenti in natura come piattaforma per costruire nuovi materiali ha portato a molteplici prodotti rivoluzionari, come Lipitor, Penicillina, e Morfina. Similmente, le mucine sono state utilizzate come rivestimento biomateriale al fine di ridurre il rigetto di impianti inorganici. Il rigetto degli impianti chirurgici a causa dell'infezione si traduce in oltre 1 milioni di casi medici all'anno con il costo dell'intervento chirurgico originale che è solo una frazione del costo del trattamento dell'infezione corrispondente. Applicazione di film a base di mucina al polietilene tereftalato, un materiale comune utilizzato negli impianti medici, notevolmente ridotta la risposta immunitaria innescata dall'assorbimento di IgG e IgM nella plastica. Lo stesso studio ha anche dimostrato che riduce l'attivazione del fibrinogeno, un agente infiammatorio noto, quando si contatta il rivestimento di mucina rispetto alla plastica non rivestita. Le mucine hanno dimostrato in altri studi di ridurre la riproduzione dei microbi sui dispositivi impiantati. Le tecnologie a base di mucina mostrano un'immensa promessa per i progressi nel campo dei biomateriali.

Un esempio di mucine utilizzate come biomateriali è l'applicazione di mucine nella sintesi di idrocarburi idrosolubili. Legando la mucina e/o i composti che imitano la mucina con una catena lipidica idrofobica, il complesso idrocarburico è rimasto sospeso in condizioni acquose, anche dopo diversi mesi, mentre l'idrocarburo non complessato precipiterebbe rapidamente dalla soluzione. In un altro studio correlato condotto dal gruppo di Combaa, Questa proprietà è stata applicata per migliorare il rilevamento del glucosio creando una sospensione stabilizzata del complesso nanotubo-mucina di carbonio per un biosensore di glucosio di tipo sandwich. Il dispositivo bioanalitico risultante è 20% più sensibile e 40% più veloce dei dispositivi convenzionali che non includono questa matrice di progettazione del sensore.

Mucine, che entrano in contatto con farmaci assorbiti attraverso le membrane mucose, può anche essere utilizzato in cromatografia per aiutare a determinare la biodisponibilità e l'assorbimento attraverso la membrana. Mucina gastrica suina, legato alla colonna di silice tramite linker amminopropilici, consentito per la separazione delle molecole del farmaco dall'affinità di legame della membrana mucosa del farmaco. In un altro studio la mucina è stata ancorata a una colonna usando uno scambio ionico con calcio-alginato, la mucina è immobilizzata, imitando le membrane mucose biologiche. Un tempo di ritenzione più lungo della molecola all'interno della colonna di mucina ha indicato un'elevata interazione farmaco-mucina, che è correlata alla biodisponibilità ritardata in vivo. Questo aggiunge un'altra dimensione per valutare i farmaci utilizzati in malattie specifiche che influenzano la produzione di mucina, come la fibrosi cistica.

La stessa colonna di mucina gastrica suina è stata utilizzata per valutare la ritenzione del sapore da parte dell'industria alimentare. La colonna di mucina ha dimostrato di imitare una lingua bovina per la ritenzione del sapore, che riduce la necessità e potrebbe potenzialmente eliminare la sperimentazione animale. Le mucine sono state ampiamente studiate nel loro ruolo con la percezione del sapore. La presenza di mucine all'interno del cavo orale è stata direttamente correlata ad una maggiore sedimentazione di composti che producono sapore, che a sua volta aumenta la percezione del sapore. Questo fenomeno viene anche esaminato come la causa della perdita del gusto in età avanzata.. La diminuzione dei livelli di MUC7 nella saliva è stata osservata in individui più anziani diminuzione del gusto. Si ritiene che questa downregulation riduca la mucoadesione delle molecole aromatiche, che porta ad una percezione del gusto attenuata.

Il passo di una lumaca per la caratterizzazione delle molecole di mucina

Nonostante il crescente interesse per il settore, ci sono ancora molti ostacoli che impediscono i progressi nella ricerca sulla mucina di lumaca. Molte specie di lumache che hanno il potenziale per una nuova scoperta di mucina sono spesso inaccessibili a causa del loro habitat. La mancanza di campioni di materiale biologico facilmente accessibili e la difficoltà di identificare le strutture mucinali impediscono la sintesi affidabile delle mucine in quantità sufficienti per ripetute sperimentazioni. Diversi gruppi stanno studiando la sostenibilità, approcci scalabili alla produzione di mucine sintetiche, tuttavia il campo è nella sua infanzia mentre le mucine che sono state isolate dal Un. fulica sono stati ampiamente studiati, altre specie rimangono trascurate.

Il metodo più praticabile per la produzione commerciale di mucina rimane l'estrazione e l'isolamento dagli animali, che non consente rese sostanziali per l'applicazione senza abbondante capitale animale e generalmente comporta metodi invasivi. La complessità, abbondanza, e localizzazione dei pattern di glicosilazione su ogni mucina, oltre a varie glicoforme mucinali causano difficoltà nell'impiego di metodi di separazione comuni per purificare, sintetizzare, e analizzare campioni di mucina. Le mucine spesso subiscono modifiche post-traduzionali, come O-solfatazione, N-solfatazione, e N-deacetilazione che differenziano la funzione tra le proteine. Queste modificazioni glicani post-traduzionali sono un ostacolo alla purificazione del campione di mucina, caratterizzazione, e sintesi. Un approccio sintetico promettente prevede l'uso di batteri ricombinanti, glicosiltransferasi(GT)-polimerizzazione mediata, e trans-glicosilazione. Tuttavia, questi metodi sono insufficienti per ottenere rese industrialmente pratiche e non riusciranno a generare l'insieme esaustivo di glicoforme che comprendono gel di muco naturale. C'è ancora difficoltà nel creare la Oglicosilazione nel lievito, e ci sono sfide coinvolte nel trasferimento dei rami di glicosilazione ai residui proteici scelti. Questi problemi presentano la necessità di sviluppare metodi praticabili e ad alto rendimento per sintetizzare mucine utilizzando sostanze chimiche scalabili, che sarebbe il primo passo nell'uso delle mucine come terapie o trattamenti mirati.

Gli ultimi anni hanno visto l'emergere di tecnologie -omiche (genomica, trascrittomica, proteomica, glicemia) che richiedono quantità minime di campioni, consentendo la caratterizzazione di campioni di lumaca rari o scarsamente accessibili. Una strategia simile a quella che è stata fatta con i veleni di lumaca usando i velenici, che accoppia metodi trascrittomici e proteomici con de novo programmi di assemblaggio bioinformatico di sequenza per identificare la struttura genetica delle presunte tossine peptidiche del veleno di lumaca, può essere applicato per caratterizzare i geni della mucina e le proteine del muco. Specificamente, prendendo le sequenze nucleotidiche di esomi assemblati, e quindi accoppiandolo con valori di massa proteomica, possiamo confermare le strutture lineari della proteina mucina. In questo approccio estraiamo l'mRNA dalle ghiandole mucose o da un intero animale e attraverso una pipeline bioinformatica, identificare i geni della mucina e le sequenze proteiche primarie della mucina. Una nuova iniziativa, il Comparative Animal Mucomics Project (ACCAMPAMENTO) applicherà un'analisi comparativa sistematica di geni mucina e idrogel di muco per determinare le strutture gerarchiche e le proprietà di muchi distinti.

Nonostante la promessa di metodi omici per la produzione di solidi database di mucine, rimangono ancora grandi ostacoli per il loro studio. Uno di questi ostacoli sono gli algoritmi utilizzati per assemblare i geni sequenziati. Grafici di De Bruijn, che è la sequenza di algoritmi utilizzata dalla maggior parte degli assemblatori, hanno difficoltà a mappare i domini ripetuti a causa della molteplicità di sequenze sovrapposte simili. Diversi strumenti sono attualmente in fase di sviluppo per superare questo problema . Ogni programma cambia la ponderazione dei k-mer che vengono utilizzati per costruire i grafici di De Bruijn al fine di adattarsi alle ripetizioni in tandem. Per lo studio proteomico della mucina, le interazioni intermolecolari delle mucine con altre mucine causano un ulteriore grado di difficoltà. Le mucine creeranno naturalmente multimeri di se stessi, collegare più proteine insieme per formare una struttura più grande, che viene regolarmente osservato in natura. Per ottenere poi una singola proteina, i legami congiunti devono essere rotti, senza rompere anche i legami della singola proteina. Tuttavia, I legami multimero di mucina sono difficili da ridurre senza avere un effetto anche sul resto della struttura secondaria di una singola catena di mucina. Una procedura di prova ed errore è attualmente utilizzata negli studi proteomici della mucina per generare singole masse proteiche. Dovranno essere stabilite nuove tecniche di caratterizzazione e sintesi per identificare e fabbricare con precisione le mucine di lumaca, e con un approccio omico potremmo essere in grado di determinare la mappatura da genotipo a fenotipo necessaria per comprendere e decifrare le differenze di funzionalità riscontrate in ciascun campione di mucina.

Osservazioni conclusive e prospettive future

Le lumache si trovano in quasi tutti i biomi, e le condizioni ambientali sembrano guidare la diversità dei geni della mucina e la versatilità delle funzioni del muco. Le mucine di lumaca hanno dimostrato un potenziale biomedico e biotecnologico, e sono una risorsa bioispirata di promesse significative. La caratterizzazione delle mucine di lumaca è limitata non dal loro valore intrinseco, ma dall'accesso e dalla complessità dell'identificazione della molecola, purificazione e indagine. Ci sono ancora diverse domande a cui rispondere sulle proprietà di mucine e muchi in relazione agli usi applicabili. Questa prospettiva dimostra l'alto potenziale di resa delle mucine di lumaca, e utilizzando una pipeline omica comparativa adattabile, possiamo capire meglio queste proteine uniche, e le loro vantaggiose proprietà biologiche e chimiche.

L'uso del muco di lumaca per il trattamento delle malattie

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Gli autori: Maxwell McDermott, Antonio R. Cerullo, James Parziale, Eleonora Achrak, Sharmin Sultana,Jennifer Ferd, Safiyah Samad, William Deng, Adamo B. Braunschweig, Mandë Holford.

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