Бактерии, вызывающие кариес, создают собственный защитный слой

Изучение бактерий в чашке Петри или пробирке дало представление о том, как они функционируют и, в некоторых случаях, способствуют развитию некоторых заболеваний. Но у этого подхода есть свой недостаток, поскольку в лаборатории невозможно создать условия, идентичные естественной среде обитания микроорганизма. Поэтому до конца не ясно, как взаимодействие с окружением влияет на действия бактерий в природе.

Используя трансляционный подход, исследователи из Школы стоматологии Университета Пенсильвании и Технологического института Джорджии подробно изучили бактерии, вызывающие разрушение зубов, а так же их среду обитания — клейкий зубной налет на поверхности молочных зубов.

В работе,  опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences утверждается, что основной возбудитель кариеса —  бактерия Streptococcus mutans, создает защитную многослойную пространственную организацию, в составе которой присутствуют другие разновидности бактерий и полимеров, в месте поражения зуба.

«Мы начали с обследования удаленных молочных зубов, с глубокими формами кариеса», — говорит соавтор исследованя  Хен Ку. «Мы задались вопросом, как организованы эти бактерии и может ли их специфическая архитектура быть признаком развивающейся болезни?»

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи использовали метод однофокусной сканирующей электронной микроскопии сверхвысокого разрешения с вычислительным анализом для идентификации расположения  S. Mutans и других штаммов бактерий из биопленки на зубах.

Этот подход к описанию локализации и особенностей строение бактериальных сообществ применяется и при изучении других заболеваний.

«Очевидно, что определение состава микрофлоры не является исчерпывающим знанием, позволяющим судить о его влиянии на состояние здоровья. Необходимо учитывать пространственную организацию бактерий. Этот аспект остается малоизученным, поскольку не всегда удается получить неповрежденные образцы с первоначальной структурой бактериальных биопленок на их поверхности», — говорит М. Уитли.

«Понятно, что определение состава человеческого микробиома недостаточно для понимания его влияния на здоровье человека. Мы также должны знать  пространственную организацию бактерий. Это вопрос в значительной степени остается малоизученным, поскольку получение неповрежденных образцов с первоначальной структурой биопленки затруднительно», — говорит соавтор исследования Марвин Уитли.

В данной работе исследователи обнаружили, что S. mutans в зубном налете чаще всего выглядит как небольшой холм на поверхности зуба. При этом бактерии S. mutans формируют внутреннее ядро пленки в виде шарообразной структуры, которая окружена другими типами бактерий, например, S. Oralis, формирующих дополнительные внешние слои в виде коронообразных структур.Пространство между слоями было заполнено сахарами, продуцируемыми S. mutans, которые эффективно инкапсулировали и защищали болезнетворные бактерии.

«Мы обнаружили организованные структуры, с плотным скоплением бактерий S. mutans посередине, окруженным слоями из других бактерий. Нас удивило, как эти особенности могут вызвать разрушение зубов», — говорит Ку.

Чтобы узнать больше о том, как структура биопленки  влияет на жизнедеятельность бактерий, исследователи воссоздали естественные условия формирования бляшек на поверхностях, аналогичных зубной эмали. Для этого использовали штаммы S. mutans , S.ralis и раствор сахара. Им удалось успешно вырастить грушевидную бактериальную пленку, а затем измерить внутри нее уровни выделяемой бактериями кислоты и связанной с ней деминерализацией.

«Округлые области бактериальных пленок находятся области деминерализованной эмали, где наблюдается высокая концентрация кислот. Клиницисты видят эти  области как «белые пятна».

На финальном этапе эксперимента исследователи поместили к шарообразной бактериальной пленке противомикробные средства, наблюдая гибель бактерий. Если верхний слой оставался целым, то бактерии S. mutans в ядре шарообразной области не подвергались действию препарата и не погибали в больших количествах. Только разрушение межклеточных областей,  удерживающих наружные слои, позволило антимикробному препарату проникнуть и эффективно уничтожить бактерии, вызывающие образование кариеса.

Результаты исследования могут помочь более эффективно воздействовать на патогенное ядро ​​зубных биопленок, а так же пригодятся исследователям из других областей.

«Пространственная структура микробиома может опосредовать функцию и исход заболевания, что может быть применимо к другим областям медицины, имеющим дело с полимикробными инфекциями. Важно не только наличие определенного патогена, но и формирование бактериальных структур при взаимодействии разных патогенов», — говорит Ку.

«Бактерии — очень социальные существа и имеют друзей и врагов, которые диктуют их поведение», добавил Уитли.

Источник: medicalxpress.com

comments powered by HyperComments