导致蛀牙的细菌在人类牙齿上聚集了一大批保护

- 编辑:大众自然网 -

导致蛀牙的细菌在人类牙齿上聚集了一大批保护

在有盖培养皿或试管中对细菌进行研究,有助于深入了解细菌的功能,在某些情况下,细菌还会导致疾病。但这种方法忽略了细菌在现实世界中如何活动的关键细节。

宾夕法尼亚大学牙科医学院(University of Pennsylvania School of Dental Medicine)和佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的研究人员采用转译方法,在自然环境中对导致蛀牙的细菌进行三维成像。这些细菌是一种粘性生物膜,被称为牙菌斑(Dental匾牌),它是受蛀牙影响的幼儿牙齿上形成的。

这项发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)杂志上的研究发现,变形链球菌是一种导致蛀牙的主要细菌,它被包裹在一个由其他细菌和聚合物组成的保护性多层群落中,形成了一个与发病位置相关的独特空间组织。

“我们从这些临床样本开始,从患有严重蛀牙的儿童身上提取牙齿,”这项研究的联合资深作者、宾夕法尼亚牙科医学大学的Hyun (Michel) Koo说。“我们想到的问题是,这些细菌是如何组织的,它们的特定结构能否告诉我们它们引起的疾病?”

为了解决这个问题,研究人员,包括作者Dongyeop金潘牙科医学和文章的第二作者马文怀特利佐治亚理工学院,结合超分辨率的共焦和扫描电子显微镜与计算分析解剖变异链球菌和其他微生物的安排完整的生物膜的牙齿。这些技术允许团队一层一层地检查生物膜,获得特定结构的三维图像。

这种理解细菌位置和模式的方法,是Whiteley在其他疾病中所追求的。

在目前的研究中,研究人员发现,牙菌斑中的变异链球菌通常以一种特殊的方式出现:排列在牙齿表面的土堆上。但这并不是唯一的例子。变异链球菌形成了圆形结构的内核,而其他共生细菌,如轮状链球菌,则形成了额外的、精确排列成冠状结构的外层。支持和分离这些层的是细胞外支架,由变异链球菌产生的糖组成,有效地包围和保护致病细菌。

“我们发现了这个高度有序的群落,中间密集地聚集着变异链球菌,周围围绕着这些不同细菌的‘光环’,我们想知道这是如何导致蛀牙的,”辜朝明说。”

为了了解更多关于结构如何影响生物膜功能的信息,研究小组试图在实验室中使用变异链球菌、齿状链球菌和糖溶液在齿状表面重建天然斑块的形成。他们成功地培育出了圆形建筑,然后测量了与之相关的酸和脱矿水平。

古永锵说:“我们发现,最令我们兴奋的是,圆形区域与釉质表面的脱矿和高酸水平完美匹配。”“这反映了临床医生在发现龋齿时所看到的情况:被称为‘白点’的脱钙化点区域。”这种类似穹顶的结构可以解释蛀牙是如何形成的。”

在最后一组实验中,研究小组对圆形的细菌进行了测试,使用了一种抗菌疗法,并观察了细菌的表现。当圆形结构完整时,内核的变异链球菌在抗菌素处理下基本避免死亡。只有分解支撑外层的支架材料,抗菌药物才能穿透并有效杀死导致蛀牙的细菌。

古永锵说:“这表明,微生物群落的空间结构可能介导功能和疾病结果,这可能适用于处理多微生物感染的其他医学领域。”

Whiteley补充说:“不仅仅是病原体的种类,还有它们的结构,告诉你它们所导致的疾病。”“细菌是高度社会化的生物,它们的朋友和敌人决定了它们的行为。”

研究人员说,微生物生物地理学这个领域还很年轻,但将这个将群落结构与发病联系起来的证明加以推广,将为未来的医学相关研究提供大量的可能性。