Malin Johansson, forskare vid Avdelningen för medicinsk kemi och cellbiologi, Sahlgrenska akademin, studerar tarmmukus på alltifrån biokemisk nivå till hur samspelet fungerar i hela biologiska system.
Förr trodde man att tarmens slemlager var en gelmassa som råkade befinna sig i tarmen utan egentlig funktion. Numera vet man däremot att tarmslemmet, eller mukuslagret, är mycket komplicerat uppbyggt, har flera viktiga funktioner och produceras av olika celler. Om det inte fungerar som det ska kan det leda till både inflammatoriska sjukdomar och cancer.
Ännu är fältet relativt outforskat vilket bidrar till att göra det spännande, tycker Malin Johansson, forskare vid Avdelningen för medicinsk kemi och cellbiologi, Sahlgrenska akademin. Dessutom är det metodmässigt komplicerat, vilket hon med bakgrund som biomedicinsk analytiker gillar. Att mukus är svårstuderat har bland annat med molekylernas storlek att göra.
– De är extremt stora och innehåller mycket kolhydrater som binder stora mängder vatten vilket gör det till en gel. Dessutom bildar de multimerer, vilket resulterar i extremt stora komplex.
Det verkar inte vara så som man tidigare trott, att tarmcellerna själva kan se skillnad på och skydda sig från bakterier. Malin Johanssons forskargrupp har upptäckt att det istället verkar vara så att tarmmukus bildar en barriär mot både godartade och patogena bakterier så att de inte når tarmcellerna utan hålls kvar i lumen.
Mukus i tunn- respektive tjocktarm skiljer sig åt. I tunntarmen fungerar det som en diffusionsbarriär med en gradient av antibakteriella ämnen i högst koncentration närmast tarmcellerna. Det är där, det vill säga längst ner mellan tarmluddets utskott, cellerna som producerar dessa ämnen sitter som tätast. Det är också där mukusproducerande celler, gobletceller, är som tätast. Förutom att producera mukus tar de också upp bakterier eller delar av bakterier från tarminnehållet och presenterar för celler i immunförsvaret.
I tjocktarmen däremot, ska cellerna vara helt skyddade från bakterier. När tarmen kontraherar för att tömma sig är den mekaniska stressen avsevärd och utan ett effektivt barriärskydd skulle sannolikt bakterier pressas in i vävnaden och orsaka skada på olika sätt, tror Malin Johansson.
– Patogener har mekanismer för att vara invasiva, det vill säga ta sig in i celler och göra skada. Vanliga bakterier, mjölksyrabakterier till exempel, har inte den förmågan men jag tror att vi skulle reagera på dem också om de tog sig in till tarmcellerna. Det är i tarmlumen de gör nytta. I djurmodeller ser man till exempel effekter av skadat mukus på olika system vilket skulle kunna vara kopplat till övervikt och diabetes. Med en låggradig inflammation sätts antagligen processer igång som ändrar trösklarna för fettinlagring och insulinresistens.
Har sekretionen påslagen hela tiden
En sjukdom som är intressant att titta närmare på när man vill förstå funktionen hos mukus är den inflammatoriska tarmsjukdomen unclerös kolit. Normalt sett har man en liten basalsekretion av mukus. Denna kan i akuta lägen ökas på för att skölja bort inkräktande bakterier till exempel, men sedan måste systemet återhämta sig. Patienter med aktiv ulcerös kolit däremot, har sekretionen påslagen hela tiden.
– Hos dessa patienter tröttas systemet ut och bakterier kan då ta sig fram till, och in i vävnaden. Orsaken till sjukdomen känner man inte till, men intressant är att den alltid börjar i distala kolon, det vill säga längst ner i tjocktarmen, och det är där barriärskyddet mot bakterier sannolikt är som allra viktigast.
Viktigt förstå bakomliggande orsak
Malin Johansson studerar hur tarmmukus ser ut i sjukdomens olika faser. När hon jämför patienter som för tillfället mår bra med patienter som är inne i en aktiv sjukdomsfas ser hon att de som är sjuka har defekt mukus medan de som är för tillfället friska har normal. Inte så förvånande kanske, men vad hon också har upptäckt är att det även bland de för tillfället friska finns en grupp som har defekt mukus.
– Man undrar ju då om de skulle bli sjuka om något triggade processen, och om det är så att det finns en grupp som alltid har defekt mukus oavsett om de är sjuka eller friska. För patienterna är det viktigt att vi börjar fundera över de bakomliggande orsakerna så att vi kan gruppera dem rätt och på det sättet skapa specifik behandling. En grupp kanske blir hjälpt av behandling som stärker mukusskyddet, medan en annan av en behandling som stärker immunförsvaret. Många sjukdomar definieras av sina symtom, men orsaken till sjukdomen behöver ju inte vara samma för det. Det är sannolikt mycket mer heterogent.
Även tumörutveckling i tarmen kan ha med mukusdefekter att göra. Förr trodde man att det måste finnas en inflammation för att cancer skulle utvecklas men Malin Johansson tror inte att det är så, utan snarare att det ibland blir inflammation och ibland cancer.
– Man kan spekulera i om det kan vara olika bakterier som orsakar det ena eller det andra eller att olika celler reagerar olika på en och samma bakterie. I möss som saknar mukus har man sett att det sker ökad celldelning vilket innebär en cancerrisk men det ger också inflammation. Man ser också att tarmluddet blir högre hos patienter med mukusdefekter vilket är resultatet av ökad celldelning.
Anslaget från Lundbergsstiftlesen ska omsättas i en cellsorterare, en FACS. Med den ska gruppen undersöka funktionen hos olika sorters mukusproducerande celler. Här kommer en musmodell med rött tarmslem in i bilden. Eftersom det är rött är det lätt att se vart det tar vägen och med hjälp av mössen kan de studera både celler som producerar slemmet och celler som tar upp det i samband med att material från tarmlumen presenteras för celler i immunförsvaret.