ฟังก์ชั่นและการประยุกต์ใช้หอยทาก Mucins

แนะ นำ

การวางอุบายในเส้นทางเมือกเมือกที่หอยทากและทากทิ้งไว้มีอายุย้อนไปถึงกรีกโบราณ, ที่พวกเขาใช้เมือกสําหรับความสามารถในการลดการอักเสบและสัญญาณของริ้วรอย. ปัจจุบันเมือกหอยทากยังคงใช้ในผลิตภัณฑ์ดูแลผิวโดย บริษัท ต่างๆและเป็นตลาดที่กําลังเติบโตซึ่งคาดว่าจะมีมูลค่าใกล้เข้ามา $770 ล้านโดย 2025. แม้จะมีการใช้งานเชิงพาณิชย์, สาขาการวิจัยเมือกยังคงด้อยพัฒนาอย่างน่าประหลาดใจ. องค์ประกอบหลักที่รับผิดชอบต่อคุณสมบัติของเมือกคือเมือกที่หลั่งออกมา, ครอบครัวของโปรตีนไกลโคซิเลตอย่างหนักที่ผลิตในเซลล์เยื่อบุผิวในสัตว์ส่วนใหญ่. เมือกถูกผูกไว้กับเยื่อหุ้มพลาสมาหรือหลั่งออกมาจากเซลล์, และแต่ละประเภทมีความแตกต่างที่สําคัญในหน้าที่และความสามารถของพวกเขา. เมมเบรนที่ผูกกับเมมเบรนเป็นไกลโคลิพิดที่ทําหน้าที่เป็นเครื่องหมายสําหรับการส่งสัญญาณของเซลล์และยังปกป้องเซลล์จาก affronts นอกเซลล์ที่อาจนําไปสู่ความเสียหาย, เช่นการติดเชื้อและความเครียดทางกายภาพ . เมือกที่หลั่งออกมาสามารถเป็นได้ทั้งการขึ้นรูปเจลหรือพอลิเมอร์ชีวภาพที่ไม่ขึ้นรูปเจล. พอลิเมอร์ชีวภาพที่หลั่งออกมาก่อตัวเป็นเยื่อเมือกในระดับมหภาค. เยื่อเมือกเหล่านี้คิดเป็นส่วนใหญ่ของพื้นที่ผิวของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่สัมผัสกับสิ่งแวดล้อม. ในมนุษย์, เยื่อเมือกบัญชีสําหรับ 99% ของพื้นที่ผิวของร่างกาย. หอยทากแต่ละสายพันธุ์หลั่งเมือกการทํางานที่แตกต่างกันหลายตัว. เมือกที่ผลิตโดยเท้าของหอยทากใช้สําหรับยึดเกาะและหล่อลื่น, ปล่อยให้หอยทากเกาะติดหรือเดินข้ามพื้นผิวใด ๆ, แม้ในขณะที่กลับหัว. นอกจากนี้, เมือกที่ผลิตที่ด้านหลังของหอยทากใช้สําหรับการป้องกันจุลินทรีย์และความชุ่มชื้นของเนื้อเยื่อ. หอยทากบางชนิดมีการใช้เมือกเป็นพิเศษ. เช่น, Eltanini Falsilunatia (หอยทากดวงจันทร์) ใช้เมือกเพื่อปกป้องไข่ของพวกเขา, และ เชื้อ Tikoconus costarricanus (คอสตาริกาแลนด์หอยทาก), ใช้เมือกสําหรับกิจกรรมรับน้ําหนัก, เช่น การซ่อนตัวจากดวงอาทิตย์ที่ด้านล่างของใบในช่วงฤดูแล้ง. ความก้าวหน้าล่าสุดในโอมิคส์ (จีโนม, การถอดเสียง, โปรตีโอมิก, ไกลคอมิกส์) เทคโนโลยีได้ขยายการสํารวจ gastropod mucins เป็นทรัพยากรทางวิทยาศาสตร์ที่มีการใช้งานที่หลากหลายในทางเคมี, ชีววิทยา, เทคโนโลยีชีวภาพ, และยา. เช่น, คุณสมบัติต้านจุลชีพของเมือกหอยทากถูกนํามาใช้เพื่อต่อสู้กับความผิดปกติที่พบในมนุษย์ตั้งแต่แผลในกระเพาะอาหาร, ต่อการติดเชื้อที่เกี่ยวข้องกับหลังการผ่าตัด. Mucins ยังถูกควบคู่ไปกับการรักษาที่ได้รับการรับรองเพื่อเพิ่มขีดความสามารถของยาในการรักษาโรค, เช่นโรคเบาหวานและลําไส้ใหญ่บวม ulcerative. นอกจากนี้, เมือกหอยทากกําลังถูกตรวจสอบในการใช้งานทางชีวเทคนิคอื่น ๆ อีกมากมายที่ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติคล้ายสารลดแรงตึงผิว . ทั้งๆ ที่ศักยภาพของพวกเขา, ไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับโครงสร้าง mucin แบบลําดับชั้นบัญชีสําหรับคุณสมบัติการทํางานที่หลากหลายของพวกเขา. มีความจําเป็นที่ไม่ได้รับการตอบสนองในการตรวจสอบความหลากหลายทางชีวภาพและทางเคมีของยีนเมือกหอยทากเพื่ออธิบายหลักการชี้นําที่กําหนดคุณสมบัติที่หลากหลายที่เกี่ยวข้องกับยีนแต่ละตัว. บทความมุมมองนี้จะเน้นการใช้งานในปัจจุบันของเมือกหอยทากที่หลั่งออกมาซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของพอลิเมอร์ชีวภาพนี้เป็นทรัพยากรสําหรับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชีวภาพและชีวการแพทย์. นอกจากนี้เรายังจะอธิบายกลยุทธ์โอมิคส์แบบบูรณาการสําหรับการตรวจสอบความหลากหลายทางชีวภาพและทางเคมีของยีนเมือกหอยทาก.

(A) การประยุกต์ใช้เมือกหอยทาก. เมือกหอยทากถูกนํามาใช้ในการดูแลผิว, สมานแผลและฟื้นฟู, และการจัดส่งยา. เมือกหอยทากกําลังถูกสํารวจในวิทยาศาสตร์การอาหาร, เคลือบรากฟันเทียม, และภาคเทคโนโลยีชีวภาพอื่น ๆ กําลังวิจัย mucins เพื่อสํารวจเพื่อนําไปใช้ประโยชน์. (B) การแสดง 2 มิติของโครงสร้างเมือก. Mucins มีลักษณะเป็นสองส่วนของโครงสร้าง, แกนโปรตีนของพวกเขา, และการแตกแขนงไกลแคน. แกนโปรตีนเป็นลําดับโปรตีนที่มีความยาวแปรผันขึ้นอยู่กับยีนเมือก, ซึ่งได้รับการแก้ไขเพิ่มเติมด้วยสาขาไกลโคซิเลชั่น. โครงสร้างโปรตีน, อย่างไรก็ตาม มีหลายโดเมน, และโดเมนเหล่านี้แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับฟังก์ชั่นและตําแหน่งเซลลูลาร์ของ mucin. กิ่งไกลแคนเป็นกิ่งน้ําตาลตั้งแต่ 3 ถึง 18 น้ำตาล, และประกอบขึ้นเป็นมวลเมือกส่วนใหญ่. แสดงเป็น 2 การแสดงมิติของเมือกชนิดต่าง ๆ, และคุณสมบัติแบบเหมารวม. (C) การใช้แนวทางโอมิคส์แบบบูรณาการเพื่อระบุลําดับเมือกหอยทาก, โครงสร้าง, และฟังก์ชั่น. ทาง 1(ซ้าย) สกัดโปรตีนเมือกดิบและแยกออกจากเศษเซลล์เพื่อให้ได้มวลลําดับจากการวิเคราะห์สเปกโตรสโกปีและมวลสเปกโตรมิเตอร์. ทาง 2(ขวา) การสกัด RNA จากต่อมเมือกหรือสัตว์ทั้งตัวตามด้วย De Novo การชุมนุมของลําดับยีน mucin เพื่อสร้างฐานข้อมูลเพื่อ BLAST กับการเปรียบเทียบลําดับที่ประกอบกับฐานข้อมูล mucin ที่รู้จัก, เราได้รับลําดับ mucin putative. การรวมท่อส่งโปรตีโอมิกและอาร์เอ็นเอเรายืนยันลําดับเมือกชนิดดั้งเดิมเพื่อการวิเคราะห์เพิ่มเติม.

รูปแบบโครงสร้างของ Mucins

Mucins มีหลายโดเมนที่มีส่วนช่วยในการทํางานโดยรวม. ความผันแปรของโครงสร้างช่วยให้มีความหลากหลายทางชีวภาพที่กว้างขวางและลักษณะทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์. โดเมนซ้ําแบบควบคู่ที่อยู่ตรงกลางของกระดูกสันหลังของโปรตีน, อุดมไปด้วยซีรีน, ทรีโอนีน, และ proline, ทําหน้าที่เป็นจุดยึดสําหรับ glycosylation. Mucin glycans ส่วนใหญ่เชื่อมโยง O, แต่อาจมี glycans ที่เชื่อมโยง N จํานวนเล็กน้อย. ความยาวของโดเมนไกลโคซิเลชั่นและจํานวนการทําซ้ําแตกต่างกันระหว่างเมือกและให้ลักษณะทางเคมีที่แตกต่างกัน. เมือกที่หลั่งออกมามีบริเวณที่อุดมด้วยซิสเทอีนที่ปลายทั้งสองด้านของโดเมนซ้ําแบบควบคู่ที่ใช้สําหรับการรักษาเสถียรภาพ, ให้จุดสะพานซัลไฟด์สําหรับทั้งอินเตอร์- และพันธะภายในโมเลกุล. นอกจากนี้, ภูมิภาคเหล่านี้ให้บริการทั้งสองอย่างเพื่อให้เกิดความหลากหลายทางโครงสร้างเพิ่มเติม, และอนุญาตให้มีการรวมตัวของเมือกและชีวโมเลกุลที่อุดมด้วยกํามะถันอื่น ๆ .

อย่างเป็นแบบฉบับ, N-acetylgalactosamine (GalNAc) ติดอยู่กับแกนโปรตีนผ่านพันธะ O-glycosidic ระหว่าง monosaccharide และสารตกค้าง Ser หรือ Thr (GalNAc[α1]-Ser / Thr). สิ่งนี้ก่อให้เกิดแอนติเจน TN, ซึ่งพบได้ทั่วไปในมนุษย์ที่มีการควบคุมในมะเร็งบางชนิด . จากที่นั่น, กาแลคโตสถูกผนวกเข้ากับโครงสร้าง (กัล[β1-3]GalNAc[α1]-Ser / Thr), สร้างแกนเมือก 1 โอ-ไกลแคน. O-glycans มีขนาดแตกต่างกัน, จาก 2 ถึง 20 น้ําตาลตกค้าง, และในองค์ประกอบ, เช่นเดียวกับน้ําตาลอื่น ๆ เช่น N-acetylglucosamine (GlcNAc) และ fucose (ฟุค) ถูกผนวกตามลําดับ. กรดเซียลิกและแมนโนสยังพบในปริมาณเล็กน้อย. โดยเฉพาะกรดเซียลิก, เป็นที่ทราบกันดีว่ามีบทบาทสําคัญในคุณสมบัติภูมิคุ้มกันของเมือก. กรดเซียลิกเป็นสื่อกลางปฏิกิริยาระหว่างเซลล์กับเซลล์, พร้อมกับความสามารถในการปกปิดแอนติเจนจากแมคโครฟาจของมนุษย์ . เลย, กรดเซียลิกเป็นจุดยึดเกาะที่สําคัญสําหรับเลคติน, ตระกูลโปรตีนทั่วไปที่พบในระบบภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติ. นอกจากนี้, mucins หลั่งยังแสดง C-mannosylation, โดยที่ C1 ของ mannose ยึดติดกับวงแหวนอินโดลในทริปโตเฟน, ช่วยให้มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างระดับอุดมศึกษามากขึ้น .

การเปลี่ยนแปลงที่ละเอียดอ่อนภายในโครงสร้างเมือก, โดยเฉพาะอย่างยิ่งลําดับกรดอะมิโนและไกลโคซิเลชั่น, สามารถสอดคล้องกับฟังก์ชั่นทางชีวภาพที่แตกต่างกันอย่างมากมาย . ในขณะที่โปรตีนเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นคาร์โบไฮเดรตโดยน้ําหนัก, สูงสุด 90%, ทั้งโครงสร้างโปรตีนและไกลแคนให้ลักษณะการทํางานโดยรวมแก่เมือก. นอกจากนี้, เมือกแต่ละตัวสามารถมีไกลโคฟอร์มได้หลายแบบในสภาวะปกติและเป็นโรค, และประชากรที่แตกต่างกันของสปีชีส์เดียวสามารถแสดงไกลโคฟอร์มที่แตกต่างกัน. ความหลากหลายนี้ช่วยให้สิ่งมีชีวิตสามารถแยกเมือกแต่ละตัวสําหรับสภาพทางสรีรวิทยาและสิ่งแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจง. โดยรวมแล้วไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับการเชื่อมต่อจีโนไทป์กับฟีโนไทป์ของยีนเมือกที่นําไปสู่คุณสมบัติการทํางานต่างๆ. มีการระบุยีนเมือกของมนุษย์หลายตัวและมีอย่างน้อย 21 ยีนเข้ารหัส Mucin ที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว, แต่ละคนมีกิจกรรมทางชีวภาพที่แตกต่างกัน. ในทางตรงกันข้าม, ในขณะที่ยีนเมือกหอยทากจํานวนมากได้รับการระบุไม่มีการตรวจสอบ. อย่างไรก็ตาม, การขาดลักษณะที่แข็งแกร่งของพันธุศาสตร์และความแตกต่างทางโครงสร้างระหว่างเมือกหอยทากไม่ได้ขัดขวางการประยุกต์ใช้เพื่อตอบสนองความต้องการวัสดุทางการแพทย์และเทคโนโลยีชีวภาพที่เร่งด่วน.

หอยทาก Mucins เป็นตัวแทนต้านจุลชีพ

แบคทีเรียที่ดื้อยาปฏิชีวนะกําลังกลายเป็นปัญหาที่แพร่หลายมากขึ้นโดยไม่มีวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้มากมาย. เพราะหอยขาดภูมิคุ้มกันแบบปรับตัว, พวกเขาขึ้นอยู่กับอุปสรรคทางกายภาพและภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติสําหรับการป้องกันตัวแทนที่ทําให้เกิดโรค. สําหรับหอยทากส่วนใหญ่, เท้าสัมผัสกับพื้นผิวที่ปนเปื้อนเชื้อโรคและปรสิตมากที่สุด, และการหลั่งเมือกตามเท้าช่วยป้องกันจุลินทรีย์ดังกล่าว. หนึ่งในเมือกแรกสุดที่ประเมินฤทธิ์ต้านจุลชีพคือ Achatina fulica (หอยทากยักษ์แอฟริกา). เมือกจาก A. ฟูลิกา แสดงให้เห็นถึงกิจกรรมต้านเชื้อแบคทีเรียที่มีแนวโน้มต่อต้านแบคทีเรียแกรมบวก, บาซิลลัสซับทิลิส และ เชื้อ Staphylococcus aureus, และแบคทีเรียแกรมลบ, เชื้อ Escherichia coli และ Aeruginosa Pseudomonas . การหลั่งเมือกของ A. ฟูลิกา ยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียทั้งสอง S. ออเรียส และ S. เอพิเดอร์มิดิส เมื่อใช้ผ่านฟิล์มแผลบนเมาส์รุ่น. แผลพุพองช่วยเพิ่มการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อแกรนูลและอัตราการสะสมของคอลลาเจน, ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าเร่งกระบวนการบําบัด . ในการศึกษาที่คล้ายกัน, เมือกของ Helix aspersa แสดงให้เห็นถึงฤทธิ์ต้านจุลชีพต่อหลายสายพันธุ์ของ Aeruginosa Pseudomonas. เลย, เมือกของทั้งสอง A. มาร์จิ้นินาต้า และ A. ฟูลิกา, ถูกใช้เป็นแผล dressinsg บน 28 ตัวอย่างบาดแผลทางคลินิกที่เก็บรวบรวมด้วยการติดเชื้อทั่วไปที่รู้จัก. เมือกแสดงฤทธิ์ต้านแบคทีเรียต่อ เชื้อ Staphylococcus, สเตรปโทคอกคัส, และ ซูโดโมนาส แยกจากบาดแผล. ในการศึกษาเดียวกัน, เมื่อเปรียบเทียบกับยาปฏิชีวนะทั่วไปเจ็ดชนิด, รวมทั้ง amoxicillin, สเตรปโตมัยซิน, และ chloramphenicol, สารคัดหลั่งเมือกบางส่วนยับยั้งการติดเชื้อได้มากกว่ายาปฏิชีวนะเชิงพาณิชย์. การทําความเข้าใจคุณสมบัติต้านจุลชีพของเมือกหอยทากเป็นพื้นที่ที่ใช้งานและเติบโตของการวิจัย.

สายพันธุ์ Mollusca ที่มีการใช้เมือกในภาคส่วนต่าง ๆ สําหรับการใช้งานด้านชีวการแพทย์หรือเทคโนโลยีชีวภาพ. เมือกหอยที่ใช้เป็นยาต้านจุลชีพเพื่อยับยั้งเชื้อโรค.

หอยทาก Mucins เป็นยานพาหนะจัดส่งยา

ความสามารถในการปรับตัวของพอลิเมอร์เมือกหอยทากทําให้พวกเขามีแนวโน้มที่ไม่เหมือนใครสําหรับระบบการจัดส่งยาใหม่. ระหว่างการผสมพันธุ์, หอยทากตัวผู้ยิงลูกดอกเพื่อส่งเมือกที่มีโปรตีนเสริมเข้าไปในตัวเมีย, ซึ่งจะเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของหอยทากตัวเมีย . กระบวนการนี้อาศัยระบบมัลติฟังก์ชั่น, โดยแต่ละองค์ประกอบมีบทบาทที่กําหนดไว้. โผทําหน้าที่เป็นเข็ม, เจาะเนื้อเยื่อและฉีดเมือกที่นําโปรตีนเสริมเข้าไปในหอยทากตัวเมีย. ในลักษณะเดียวกัน, เมือกสามารถดัดแปลงเพื่อทําหน้าที่เป็นเวกเตอร์นําส่งสําหรับโมเลกุลที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ. เมือกหอยทากเป็นที่ทราบกันดีว่าเข้ากันได้ดีกับยาใด ๆ ที่ดูดซึมผ่านเยื่อเมือกเนื่องจากความสามารถในการแพร่กระจายไปทั่วเยื่อหุ้มเซลล์ . เช่น, เมตฟอร์มินไฮโดรคลอไรด์, ยารักษาโรคเบาหวาน, ติดอยู่กับเมือกหอยทากยักษ์แอฟริกันแลนด์โดยใช้โพลีเอทิลีนไกลคอล (หมุด) เพื่อเพิ่มการดูดซึมของยาเสพติด. PEGylation, เป็นกระบวนการที่ใช้กันทั่วไปซึ่งการรักษาถูกล้อมรอบด้วยเมทริกซ์ของโพลีเมอร์เป็นหลัก, โพลีเอทิลีนไกลคอล. เมทริกซ์นี้มีผลต่อเภสัชจลนศาสตร์ของการรักษา, ยืดครึ่งชีวิต, ผ่านการป้องกันจากแอนติบอดี, และช่วยให้สามารถควบคุมการกระจายทางชีวภาพได้หลากหลายขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเมทริกซ์. เมือกหอยทากโดยเฉพาะแสดงให้เห็นถึงคํามั่นสัญญาว่าเป็นพอลิเมอร์, เนื่องจากเป็นพวกที่ชอบน้ํามาก, และยังทําปฏิกิริยากับเยื่อเมือกทางเดินอาหารได้อย่างง่ายดาย, ตําแหน่งการดูดซึมยาทั่วไป. Metformin-loaded PEGylated-mucin ปรับปรุงเภสัชจลนศาสตร์และเภสัชพลศาสตร์ของยาที่ดูดซึมได้ไม่ดีตามปกติ, เพิ่มการปล่อยไปยัง 92% เมื่อเทียบกับ 81% ปัจจุบันใช้ในตลาด. ในแอปพลิเคชันอื่น, สรรพ Costus afer (ขิงลิลลี่) ดอกไม้รวมกับเมือกหอยทากพบว่าระดับน้ําตาลในเลือดในผู้ป่วยโรคเบาหวานลดลง กล้ามเนื้อ (หนูเผือกสวิส) ในแบบที่ขึ้นอยู่กับปริมาณ, ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการต้านโรคเบาหวานที่เป็นไปได้ของเมือกหอยทาก.

เมทริกซ์พอลิเมอร์ที่จับกับยาและผลึกวาเทอไรต์ที่มีส่วนผสมของเมือกถูกใช้เป็นพาหะนําส่งยาสําหรับการโหลดและควบคุมการปล่อยยาต้านมะเร็งขนาดเล็กและการบําบัดด้วยโปรตีนอย่างมีประสิทธิภาพ. ไมโครคริสตัลวาเทอไรต์, เมื่อตกผลึกในความเข้มข้นของเมือกตั้งแต่ 1 และ 6 มก./มล., มีการเก็บรักษาที่ดีขึ้นของกิจกรรมทางชีวภาพประจุบวกและความเสถียรในสภาพทางสรีรวิทยานอกจากนี้, Mucins ได้รับการจับคู่กับสารไวแสงเพื่อเพิ่มการกําหนดเป้าหมายและเพิ่มประสิทธิภาพการควบคุมการส่งผ่านไปยังเซลล์มะเร็ง. แคปซูลหลายชั้นของเมือกที่ประกอบขึ้นเองและอนุภาคขนาดเล็กที่มีส่วนผสมของเมือกเป็นที่สนใจเป็นพิเศษสําหรับการศึกษาในอนาคตเกี่ยวกับกลไกการส่งยาควบคุมการปลดปล่อย, โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อเอาชนะความท้าทายของความเข้ากันได้ทางชีวภาพ, ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ, และ mucoadhesion.

หอยทาก Mucins เป็นตัวแทนต่อต้านเนื้องอก

เมือกหอยทากได้แสดงศักยภาพในการรักษามะเร็งผิวหนัง, หนึ่งในมะเร็งผิวหนังที่อันตรายที่สุด. ในขณะที่การพัฒนาใหม่ในการรักษาโรคมะเร็งส่งผลให้อัตราการให้อภัยมากขึ้นและอายุขัยยืนยาวขึ้นสําหรับผู้ที่ทุกข์ทรมาน, การพัฒนาเหล่านี้ไม่ได้แสดงผลผลิตที่คล้ายกันสําหรับเนื้องอก. เนื่องจากความต้านทานการรักษาเป็นเรื่องปกติสําหรับมะเร็งชนิดนี้, มีความจําเป็นเร่งด่วนในการค้นหาแนวทางใหม่ที่มีประสิทธิภาพในการรักษามะเร็งผิวหนัง. การศึกษาของ H. อาเปอร์ซา เมือกบนสายเซลล์มะเร็งผิวหนังรายงานว่าเมือกหอยทากลดความมีชีวิตและยับยั้งการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็งผิวหนัง. การลดลงของความมีชีวิตของเซลล์เกิดจากเหตุการณ์ apoptotic ที่เกี่ยวข้องกับความแตกแยกของโพลี (ADP-ไรโบส) พอลิเมอเรส (ปารป). นอกจากนี้การยับยั้งการแพร่กระจายยังทําได้โดยการปิดกั้นฟังก์ชันและการแสดงออกของ integrin, และยับยั้งมะเร็งไม่ให้สามารถเติบโตได้. ในการศึกษาอื่น, H. แอสเปอร์ซา Mucin ยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งผิวหนังของมนุษย์สองสายโดยตรง, โดยการเพิ่มการแสดงออกของไซโตไคน์ TNFα, และยับยั้ง NF-κB, กระบวนการถอดความที่ในการควบคุมที่เหมาะสมเชื่อมโยงกับการลุกลามของมะเร็ง, การเจริญเติบโตของสายเซลล์เหล่านี้ลดลง, แสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติต่อต้านเมลาโนเจน. ในขณะที่ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา, การใช้เมือกหอยทากเป็นตัวแทนต่อต้านเนื้องอกเป็นที่สนใจเพิ่มขึ้นในชุมชนชีวการแพทย์.

หอยทาก Mucins อํานวยความสะดวกในการรักษาบาดแผล

เมือกหอยทากสามารถอํานวยความสะดวกในการรักษาและกลายเป็นทรัพยากรสําคัญในการวิจัยบาดแผล. Mucins จาก Helix aspersa (หอยทากสวน) ได้รับการแสดงเพื่อช่วยในการฟื้นฟูผิวหลังจาก radiodermatitis เฉียบพลัน, ผลข้างเคียงที่พบบ่อยจากการฉายรังสี. มีรายงานว่าเมือกหอยทากในสวนเพิ่มอัตราการรักษาผ่านสารต้านอนุมูลอิสระและการควบคุมอนุมูลอิสระ. เมือกจากสวนปรับปรุงผื่นแดงในแบบจําลองหนู, และ, หนูตัวเดียวกันแสดงการลดลงของการถ่ายภาพเช่นกัน. ตลอดจนสามารถรักษาอาการบาดเจ็บผิวเผินได้, Mucins ได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการใช้กับบาดแผลภายใน. Mucins ถูกรวมเข้าด้วยกันพร้อมกับยาต้านการอักเสบที่ไม่ใช่สเตียรอยด์ในช่องปาก (NSAIDs), เพื่อลดหรือกําจัดการบาดเจ็บของเยื่อเมือกในกระเพาะอาหาร. NSAIDs ลดการอักเสบ, แต่มีผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ที่เกี่ยวข้องกับการบาดเจ็บทางเดินอาหารและความเสียหายของตับ. หลาย บริษัท ได้หันไปใช้ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติเพื่อต่อต้านผลข้างเคียงเหล่านี้, และ Mucin ได้รับการแสดงเพื่อรักษาแผลในกระเพาะอาหาร, ผลข้างเคียงที่เกิดจาก NSAIDs. การรวมกันของยาปฏิชีวนะ, คลาริโทรมัยซิน, และ A. ฟูลิกา Mucin ได้แสดงผลลัพธ์ในเชิงบวกในการรักษาโรคแผลในกระเพาะอาหาร. นอกจากคุณสมบัติต้านแผลในกระเพาะอาหารแล้ว, อัตราการรักษาแผลเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของเมือกและเร็วกว่า clarithromycin เพียงอย่างเดียว.

เมือกหอยทากที่ใช้สําหรับวัสดุชีวภาพ

การศึกษาสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นแพลตฟอร์มในการสร้างวัสดุใหม่ส่งผลให้เกิดการปฏิวัติผลิตภัณฑ์หลายอย่าง, เช่น Lipitor, เพนิซิลิน, และมอร์ฟีน. เช่นเดียวกัน, Mucins ถูกใช้เป็นสารเคลือบวัสดุชีวภาพเพื่อลดการปฏิเสธการปลูกถ่ายอนินทรีย์. การปฏิเสธการผ่าตัดรากฟันเทียมเนื่องจากการติดเชื้อส่งผลให้มากกว่า 1 ล้านกรณีทางการแพทย์ต่อปีโดยค่าใช้จ่ายของการผ่าตัดเดิมเป็นเพียงเศษเสี้ยวของค่าใช้จ่ายในการรักษาการติดเชื้อที่เกี่ยวข้อง. การใช้ฟิล์มเมือกกับโพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต, วัสดุทั่วไปที่ใช้ในรากฟันเทียมทางการแพทย์, ลดการตอบสนองของภูมิคุ้มกันที่เกิดจากการดูดซึม IgG และ IgM ลงในพลาสติกได้อย่างมาก. การศึกษาเดียวกันยังแสดงให้เห็นว่ามันลดการกระตุ้นของไฟบริโนเจน, สารอักเสบที่รู้จัก, เมื่อสัมผัสกับสารเคลือบเมือกเมื่อเทียบกับพลาสติกที่ไม่เคลือบผิว. เมือกได้รับการแสดงในการศึกษาอื่น ๆ เพื่อลดการสืบพันธุ์ของจุลินทรีย์บนอุปกรณ์ที่ฝัง. เทคโนโลยีที่ใช้ Mucin แสดงให้เห็นถึงคํามั่นสัญญาอันยิ่งใหญ่สําหรับความก้าวหน้าในด้านวัสดุชีวภาพ.

ตัวอย่างของเมือกที่ใช้เป็นวัสดุชีวภาพคือการใช้เมือกในการสังเคราะห์ไฮโดรคาร์บอนที่ละลายน้ําได้. โดยการแยกเมือกและ/หรือสารประกอบเลียนแบบเมือกด้วยห่วงโซ่ไขมันที่ไม่ชอบน้ํา, ไฮโดรคาร์บอนคอมเพล็กซ์ยังคงแขวนลอยอยู่ในสภาพน้ํา, แม้หลังจากผ่านไปหลายเดือน, ในขณะที่ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ซับซ้อนจะตกตะกอนอย่างรวดเร็วจากสารละลาย. ในการศึกษาอื่นที่เกี่ยวข้องดําเนินการโดยกลุ่มของ Combaa, คุณสมบัตินี้ถูกนําไปใช้เพื่อเพิ่มการตรวจจับกลูโคสโดยการสร้างสารแขวนลอยที่เสถียรของคอมเพล็กซ์ท่อนาโนคาร์บอน - เมือกสําหรับไบโอเซนเซอร์กลูโคสชนิดแซนวิช. อุปกรณ์วิเคราะห์ทางชีวภาพที่ได้คือ 20% มีความละเอียดอ่อนมากขึ้นและ 40% เร็วกว่าอุปกรณ์ทั่วไปที่ไม่มีเมทริกซ์การออกแบบเซ็นเซอร์นี้.

มูซินส์, ซึ่งสัมผัสกับยาที่ดูดซึมผ่านเยื่อเมือก, นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในโครมาโตกราฟีเพื่อช่วยในการกําหนดการดูดซึมและการดูดซึมผ่านเมมเบรน. เมือกในกระเพาะอาหารหมู, ผูกติดกับคอลัมน์ซิลิกาผ่านตัวเชื่อมโยงอะมิโนโพรพิล, อนุญาตให้แยกโมเลกุลของยาโดยความสัมพันธ์ที่จับเยื่อเมือกของยา. ในการศึกษาอื่น mucin ถูกยึดไว้กับคอลัมน์โดยใช้การแลกเปลี่ยนไอออนกับแคลเซียมอัลจิเนต, เมือกถูกตรึงไว้, เลียนแบบเยื่อเมือกชีวภาพ. ระยะเวลาการเก็บรักษาของโมเลกุลภายในคอลัมน์เมือกนานขึ้นบ่งชี้ว่ามีปฏิสัมพันธ์ระหว่างยากับเมือกสูง, ซึ่งมีความสัมพันธ์กับการดูดซึมที่ล่าช้าในร่างกาย. นี่เป็นการเพิ่มอีกมิติหนึ่งในการประเมินยาที่ใช้ในโรคเฉพาะที่มีผลต่อการผลิตเมือก, เช่น โรคปอดเรื้อรัง.

คอลัมน์เมือกในกระเพาะอาหารหมูชนิดเดียวกันถูกนํามาใช้เพื่อประเมินการกักเก็บรสชาติโดยอุตสาหกรรมอาหาร. คอลัมน์เมือกถูกแสดงเพื่อเลียนแบบลิ้นวัวเพื่อกักเก็บรสชาติ, ซึ่งช่วยลดความต้องการและอาจกําจัดการทดลองในสัตว์ได้. Mucins ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในบทบาทของพวกเขาด้วยการรับรู้รสชาติ. การปรากฏตัวของ mucins ภายในช่องปากมีความสัมพันธ์โดยตรงกับการตกตะกอนที่เพิ่มขึ้นของสารประกอบที่ผลิตรสชาติ, ซึ่งจะเพิ่มการรับรู้รสชาติ. ปรากฏการณ์นี้กําลังถูกตรวจสอบว่าเป็นสาเหตุของการสูญเสียรสชาติในวัยชรา. ระดับที่ลดลงของ MUC7 ในน้ําลายได้รับการบันทึกในผู้สูงอายุรสชาติลดลง. การลดขนาดนี้เชื่อว่าจะช่วยลดการยึดเกาะของโมเลกุลรสชาติ, นําไปสู่การรับรู้รสชาติที่ลดลง.

ก้าวของหอยทากในการจําแนกลักษณะของโมเลกุลเมือก

แม้จะมีความสนใจในสาขานี้เพิ่มขึ้น, ยังมีอุปสรรคมากมายที่ขัดขวางความก้าวหน้าในการวิจัยเมือกหอยทาก. หอยทากหลายสายพันธุ์ที่มีศักยภาพในการค้นพบเมือกใหม่มักไม่สามารถเข้าถึงได้เนื่องจากที่อยู่อาศัยของพวกมัน. การขาดตัวอย่างวัสดุชีวภาพที่เข้าถึงได้ง่ายและความยากลําบากในการระบุโครงสร้างเมือกป้องกันการสังเคราะห์เมือกที่เชื่อถือได้ในปริมาณที่เพียงพอสําหรับการทดลองซ้ํา. หลายกลุ่มกําลังตรวจสอบความยั่งยืน, แนวทางที่ปรับขนาดได้ในการผลิตเมือกสังเคราะห์, อย่างไรก็ตามสนามอยู่ในวัยเด็กในขณะที่ mucins ที่ถูกแยกออกจาก A. ฟูลิกา ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง, สายพันธุ์อื่น ๆ ยังคงถูกทอดทิ้ง.

วิธีที่เป็นไปได้มากที่สุดสําหรับการผลิตเมือกเชิงพาณิชย์ยังคงเป็นการสกัดและแยกออกจากสัตว์, ซึ่งไม่อนุญาตให้มีผลผลิตจํานวนมากสําหรับการใช้งานโดยไม่มีทุนสัตว์มากมายและโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับวิธีการรุกราน. ความซับซ้อน, ความอุดมสมบูรณ์, และการแปลรูปแบบไกลโคซิเลชั่นในแต่ละเมือก, นอกจากเมือกไกลโคฟอร์มต่างๆแล้วยังทําให้เกิดความยากลําบากในการใช้วิธีการแยกทั่วไปเพื่อชําระล้าง, สังเคราะห์, และวิเคราะห์ตัวอย่างเมือก. Mucins มักจะได้รับการดัดแปลงหลังการแปล, เช่น O-sulfation, เอ็น-ซัลเฟต, และ N-deacetylation ที่แยกการทํางานระหว่างโปรตีน. การปรับเปลี่ยนไกลแคนหลังการแปลเหล่านี้เป็นอุปสรรคต่อการทําให้บริสุทธิ์ตัวอย่างเมือก, ลักษณะเฉพาะ, และการสังเคราะห์. วิธีการสังเคราะห์ที่มีแนวโน้มเกี่ยวข้องกับการใช้แบคทีเรีย recombinant, ไกลโคซิลทรานสเฟอเรส(จีที)-พอลิเมอไรเซชันไกล่เกลี่ย, และทรานส์ไกลโคซิเลชั่น. อย่างไรก็ตาม, วิธีการเหล่านี้ไม่เพียงพอที่จะบรรลุผลผลิตในทางปฏิบัติทางอุตสาหกรรมและจะล้มเหลวในการสร้างชุดไกลโคฟอร์มที่ละเอียดถี่ถ้วนซึ่งประกอบด้วยเจลเมือกธรรมชาติ. ยังมีความยากลําบากในการสร้าง O–glycosylation ในยีสต์, และมีความท้าทายในการถ่ายโอนสาขาไกลโคซิเลชั่นไปยังโปรตีนตกค้างที่เลือก. ปัญหาเหล่านี้นําเสนอความจําเป็นในการพัฒนาวิธีการที่มีศักยภาพและให้ผลผลิตสูงสําหรับการสังเคราะห์เมือกโดยใช้เคมีที่ปรับขนาดได้, ซึ่งจะเป็นขั้นตอนแรกในการใช้ mucins เป็นการรักษาหรือการรักษาแบบกําหนดเป้าหมาย.

ปีที่ผ่านมาได้เห็นการเกิดขึ้นของเทคโนโลยี -omic (จีโนมิกส์, ทรานสคริปโทมิกส์, โปรตีโอมิกส์, ไกลคอมิกส์) ที่ต้องการตัวอย่างในปริมาณที่น้อยที่สุด, อนุญาตให้มีการกําหนดลักษณะของตัวอย่างหอยทากที่หายากหรือเข้าถึงได้ไม่ดี. กลยุทธ์ที่คล้ายกับสิ่งที่ทํากับพิษหอยทากโดยใช้พิษ, ซึ่งจับคู่วิธีการถอดเสียงและโปรตีโอมิกกับ De Novo โปรแกรมการประกอบชีวสารสนเทศลําดับเพื่อระบุโครงสร้างทางพันธุกรรมของพิษหอยทาก putative peptide toxins, สามารถนําไปใช้เพื่อกําหนดลักษณะยีนเมือกและโปรตีนเมือก. โดย เฉพาะ อย่างยิ่ง, โดยการนําลําดับนิวคลีโอไทด์ของเอ็กโซมที่ประกอบขึ้น, แล้วจับคู่กับค่ามวลโปรตีโอมิก, เราสามารถยืนยันโครงสร้างโปรตีนเมือกเชิงเส้น. ในวิธีนี้เราสกัด mRNA จากต่อมเมือกหรือสัตว์ทั้งตัวและผ่านท่อส่งชีวสารสนเทศ, ระบุยีนเมือกและลําดับโปรตีนเมือกปฐมภูมิ. ความคิดริเริ่มใหม่, โครงการ Mucomics สัตว์เปรียบเทียบ (ค่าย) จะใช้การวิเคราะห์เปรียบเทียบอย่างเป็นระบบของยีนเมือกและเมือกไฮโดรเจลเพื่อกําหนดโครงสร้างลําดับชั้นและคุณสมบัติของเมือกที่แตกต่างกัน.

แม้จะมีคํามั่นสัญญาว่าจะใช้วิธีการโอมิคในการผลิตฐานข้อมูลที่แข็งแกร่งของมิวซิน, อุปสรรคสําคัญยังคงอยู่สําหรับการศึกษาของพวกเขา. อุปสรรคอย่างหนึ่งคืออัลกอริทึมที่ใช้ในการประกอบยีนลําดับ. กราฟ De Bruijn, ซึ่งเป็นลําดับอัลกอริทึมที่แอสเซมเบลอร์ส่วนใหญ่ใช้, มีปัญหาในการแมปโดเมนที่ซ้ํากันเนื่องจากความหลากหลายของลําดับที่ทับซ้อนกันที่คล้ายกัน. ขณะนี้มีการพัฒนาเครื่องมือหลายอย่างเพื่อเอาชนะปัญหานี้ . แต่ละโปรแกรมจะเปลี่ยนการถ่วงน้ําหนักของ k-mers ที่ใช้ในการสร้างกราฟ De Bruijn เพื่อรองรับการทําซ้ําแบบตีคู่. สําหรับการศึกษาโปรตีโอมิกเมือก, ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของเมือกกับเมือกอื่น ๆ ทําให้เกิดความยากลําบากในระดับเพิ่มเติม. Mucins ตามธรรมชาติจะสร้างมัลติเมอร์ของตัวเอง, เชื่อมต่อโปรตีนหลายตัวเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงสร้างที่ใหญ่ขึ้น, ซึ่งสังเกตได้เป็นประจําในธรรมชาติ. เพื่อให้ได้โปรตีนตัวเดียว, พันธะร่วมต้องถูกทําลาย, โดยไม่ทําลายพันธะของโปรตีนตัวเดียว. อย่างไรก็ตาม, พันธะหลายตัวของเมือกนั้นยากที่จะลดโดยไม่มีผลต่อส่วนที่เหลือของโครงสร้างทุติยภูมิของห่วงโซ่เมือกเดี่ยว. ปัจจุบันมีการใช้ขั้นตอนการลองผิดลองถูกในการศึกษาโปรตีโอมิกของเมือกเพื่อสร้างมวลโปรตีนเดี่ยว. จะต้องสร้างลักษณะเฉพาะและเทคนิคการสังเคราะห์ใหม่เพื่อระบุและประดิษฐ์เมือกหอยทากอย่างถูกต้อง, และด้วยวิธีการโอมิคส์เราอาจสามารถกําหนดจีโนไทป์เพื่อทําแผนที่ฟีโนไทป์ที่จําเป็นในการทําความเข้าใจและถอดรหัสความแตกต่างของฟังก์ชันที่พบในตัวอย่างเมือกแต่ละตัวอย่าง.

สรุปข้อสังเกตและมุมมองในอนาคต

หอยทากพบได้ในเกือบทุกไบโอม, และสภาพแวดล้อมดูเหมือนจะขับเคลื่อนความหลากหลายของยีนเมือกและความเก่งกาจของการทํางานของเมือก. เมือกหอยทากได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพทางชีวการแพทย์และเทคโนโลยีชีวภาพ, และเป็นทรัพยากรชีวภาพของสัญญาที่สําคัญ. ลักษณะของเมือกหอยทากไม่ได้ถูก จํากัด ด้วยคุณค่าโดยธรรมชาติ, แต่โดยการเข้าถึงและความซับซ้อนของการระบุโมเลกุล, การทําให้บริสุทธิ์และการตรวจสอบ. ยังมีคําถามอีกหลายข้อที่ต้องตอบเกี่ยวกับคุณสมบัติของเมือกและเมือกที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานที่เกี่ยวข้อง. อนาคตนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการให้ผลผลิตสูงของเมือกหอยทาก, และโดยการใช้ไปป์ไลน์ Omics เปรียบเทียบที่ปรับเปลี่ยนได้, เราสามารถเข้าใจโปรตีนที่เป็นเอกลักษณ์เหล่านี้ได้ดีขึ้น, และคุณสมบัติทางชีวภาพและทางเคมีที่ได้เปรียบ.

ผู้เขียน: แม็กซ์เวลล์ แมคเดอร์มอตต์, อันโตนิโอ อาร์. เซรุลโล, เจมส์ พาร์เซียล, เอลีโอโนรา อัครักษ์, ชาร์มิน สุลต่าน,เจนนิเฟอร์ เฟิร์ด, ซาฟียาห์ ซาหมัด, วิลเลียม เติ้ง, อดัมบี. บราวน์ชไว, แมนดู โฮลฟอร์ด.