Опасные суперорганизмы с уникальной подвижностью

Когда бактерии полости рта объединяются с грибком, они образуют «суперорганизмы», вызывающие кариес. Согласно исследованию, эти вредители ротовой полости демонстрируют уникальные сопротивляемость и подвижность, такие многоклеточные симбиотические кластеры, более устойчивы к противомикробным препаратам и вызывают более глубокий кариес. 

Исследователи обнаружили, что когда Streptococcus mutans и Candida albicans группируются, они прорастают структурами, похожими на конечности, что придает им неожиданную поверхностную подвижность с координированными движениями, похожими на «прыжки» и «ходьбу», при непрерывном росте. Это происходит, несмотря на то, что каждый зародыш не может двигаться сам по себе. Исследователи полагают, что это первый случай, когда сообщается о такой мобильности на уровне группы.

Динамика поверхностной мобильности и распространения на уровне сигнальной цепи interkingdom, которая широко распространена среди патогенных и полезных бактерий. Все изображения предоставлены Чжи Реном. 

«Эти мобильные группы растущих клеток способствуют быстрому пространственному распространению обоих видов по поверхностям, вызывая более обширный кариес», — пишут авторы во главе с доктором Чжи Реном из Пенсильванского университета в Филадельфии.

Когда грибок и бактерии соединяются, они образуют многоклеточные биопленки, которые вызывают много различных инфекций у человека. Однако уровень, на котором микробы действуют согласованно с пространственными и временными качествами для координации функций, способствующих заболеванию, остается недостаточно изученным.

Чтобы изучить динамику взаимодействия бактерий и грибка в слюне человека и то, как они образуют биопленки на поверхности зубов, исследователи изучили образцы зубного налета и слюны 14 детей без кариеса и 30 детей с глубоким кариесом. Исследование частично финансировалось за счет грантов Национального института стоматологических и черепно-лицевых исследований США, Европейского исследовательского совета и Федерального министерства образования и научных исследований Германии.

Увидев под микроскопом скопления бактерий и грибка, присутствующие в образцах слюны, исследователи провели эксперименты с использованием живой микроскопии в реальном времени, чтобы наблюдать процесс прикрепления и возможного роста. Чтобы воссоздать формирование этих скоплений, авторы создали лабораторную систему, используя бактерии, грибок и биоматериал, напоминающий структуру зуба. Они инкубировали микроорганизмы в слюне человека и наблюдали за ними с помощью микроскопа, который записывал их поведение в режиме реального времени.

Платформа позволила исследователям наблюдать за слиянием группировок. Они наблюдали высокоорганизованную структуру с бактериальными кластерами, прикрепленными к сложной сети грибковых дрожжей и нитевидных отростков, называемых гифами. Структура была заключена во внеклеточный полимер.

Кроме того, исследователи проверили свойства этих скоплений после того, как они колонизировали поверхность зуба. Они обнаружили повышенную адгезию к поверхности, что сделало их очень липкими, а также большую механическую и антимикробную устойчивость.

Микробы с эмерджентными движениями

В этих скоплениях бактерии использовали грибковые гифы для закрепления на поверхности, а затем продвигали весь суперорганизм вперед, транспортируя прикрепленные бактерии по поверхности зуба.

Прыжкообразное движение | Движение, похожее на ходьбу 

Подвижность сообществ, передвижение бактерий автостопом и пространственная динамика роста с использованием временных рядов конфокальных изображений для выращивания взаимосвязанных сообществ.

Когда бактерии и грибок объединялись, они перемещались быстро и на довольно большое расстояние. На зубовидной поверхности скорость микробов составила более 40 мкм в час. Согласно исследованию, эта скорость подобна скорости фибробластов, которые являются клетками, участвующими в заживлении ран.

В течение первых часов роста было замечено, что скопления передвигаются более чем на 100 мкм по поверхности. Не смотря на то, что остается еще много вопросов относительно этих механизмов, исследователи знают, что способность скоплений микробов перемещаться во время роста позволяет им быстро колонизировать и распространяться на новые поверхности. Когда скоплениям позволили прикрепиться и разрастись на человеческих зубах в лабораторной модели, был обнаружен более обширный кариес из-за быстрого распространения биопленки.

Скопления Interkingdom в человеческой слюне ведут себя как суперорганизмы с новыми функциональными возможностями и активностью, способствующей развитию заболеваний. 

Клиническое значение

Невероятно, но факт — бактерии и грибок собрались в новое целое, которое дает друг другу различные преимущества и функции, которых у них не было бы самостоятельно, пишут авторы.

«Эти наблюдения могут иметь клиническое значение, чтобы дать представление о начале тяжелого детского кариеса, характеризующегося быстрым и агрессивным разрушением зубной эмали», — пишут Рен и его коллеги.