Бактерии, вызывающие кариес, создают собственный защитный слой из сахаров и других видов бактерий

Бактерии, вызывающие кариес, создают собственный защитный слой из сахаров и других видов бактерий

Изучение определенных штаммов бактерий в лабораторных условиях дает нам представление о том, как они функционируют и могут способствовать развитию некоторых заболеваний. Однако недостаток подхода в том, что 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.

Бактерии, вызывающие кариес, создают собственный защитный слой из сахаров и других видов бактерий

Исследователи Стоматологической школы университета Пенсильвании и Технологического института Джорджии подробно изучили жизнедеятельность бактерий ротовой полости, приняв во внимание особенности строения трехмерного пространства их среды обитания, а именно – клейкого зубного налета на поверхности молочных зубов.
В работе утверждается, что бактерия Streptococcus mutans – основной возбудитель кариеса – создает защитную многослойную пространственную организацию, в составе которой присутствуют другие разновидности бактерий и полимеров, в месте растущего кариозного поражения.

«В начале исследования мы рассмотрели образцы удаленных молочных зубов, пораженных глубокими формами кариеса. Мы постарались определить, как происходит пространственная организация бактерий, как специфические структурные пространства бактерий могут быть признаками развивающейся болезни зубов?», — говорит автор Майкл Куу из Стоматологической школы университета Пенсильвании.

Чтобы разобраться в данном вопросе М. Куу, совместно с Донгеопом Кимом и Марвином Уитли из Технологического института Джорджии, применили метод однофокусной сканирующей электронной микроскопии сверхвысокого разрешения и математических расчётов для послойного разбора пространственной структуры из бактерий S. Mutans и других штаммов бактерий, населяющих бактериальные пленки на поверхности зубов. С помощью двух методов удалось изучить строение бактериальных биопленок слой за слоем и описать особенности строения трехмерной модели биопленки.

Данный 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.

В рамках данной работы удалось определить, что структура бактерий S. mutans в составе бактериальной биопленки выглядит как небольшой «холм» против поверхности зуба. При этом кластер бактерий S. mutans составляет внутреннее ядро бактериальной пленки в виде шарообразной структуры, которая окружена другими типами бактерий, например, S. Oralis, формирующих дополнительные внешние слои в виде коронообразных структур. Пространство между слоями заполнено межклеточной матрицей из сахаров, синтезируемых бактериями S. mutans. Эти слои формируют прочную защиту для бактерий, выделяющих кислоты и способствующих кариесу.

«Таким образом, мы обнаружили организованные структуры, внутри которых находится скопление бактерий S. mutans , окруженных слоями других бактерий. Но как эти особенности могут влиять на прогрессирование и формирование кариозных поражений зуба?».

Чтобы понять, насколько особая организация бактерий внутри биопленки влияет на их жизнедеятельность, исследователи воссоздали условия формирования бактериальных биопленок на поверхностях, аналогичных зубной эмали, в лабораторных условиях. Для этого использовали штаммы S. mutans, S. oralis и сахарный раствор. Удалось вырастить шарообразную бактериальную пленку, внутри которой измерили уровень выделяемой бактериями кислоты и степень деминерализации искусственной зубной эмали.

«Оказалось, что под шарообразными областями бактериальных пленок находятся области деминерализованной эмали, где наблюдается высокая концентрация кислот. В клинической практике эти области выглядят как белые пятна первичной деминерализации эмали».

На финальном этапе эксперимента исследователи поместили к шарообразной бактериальной пленке противомикробные средства, наблюдая гибель бактерий. Если верхний слой шарообразной пленки оставался целым, то бактерии S. mutans, компактно расположенные внутри, не подвергались действию препарата и не погибали в больших количествах. При нарушении целостности межклеточной матрицы, удерживающей структуру верхнего защитного слоя, происходило проникновение антимикробных средств внутрь и полная гибель бактерий.

Результаты работы будут полезны для разработки противомикробных средств направленного действия, эффективно разрушающих бактериальные пленки.

«Мы обнаружили, что пространственная организация патогенов в микрофлоре полости рта способствует их функционированию и развитию болезни. Вероятно, данный принцип применим и к другим типам патогенных бактерий, вызывающих инфекции в разных частях организма. Важно не только наличие определенного патогена, но и формирование бактериальных структур при взаимодействии разных патогенов».

Данное молодое направление исследований получило название биогеографии. Скорее всего, результаты работы и подобных исследований побудят авторов других медицинских областей рассмотреть проблемы лечения и исследования бактериальных заболеваний с данной точки зрения.

Подписывайтесь на наш Telegram, чтобы быть в курсе важных новостей медицины
Читайте также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *