PNAS：口腔中的细菌和真菌还能“跨界组合”更严重的蛀牙

邓文龙

PNAS：口腔中的细菌和真菌还能“跨界组合”，形成的超级有机体会导致更严重的蛀牙...

来源：生物技术君 2022-10-28 16:53

该研究揭示了人类唾液中的细菌-真菌跨界组合，其行为类似于超级有机体，具有引起疾病的紧急功能。它们中的任一单一物种都不具备这样的能力。
众所周知，微生物（细菌、真菌和病毒等）是地球上最丰富、分布最广且进化时间最长的生命形式。像细菌，它们通常会定植在各种表面，形成多细胞的结构（生物膜）。同样，附着在宿主体内或有机体表面的真菌，也会这么做。现在，科学家们发现，细菌和真菌这两类微生物之间还能“跨界合作”，并在口腔内形成具有更强大破坏力量的多细胞生物膜。



近日，发表在《美国国家科学院院刊（PNAS）》上的一项新研究中，来自宾夕法尼亚大学牙科医学院的研究团队首次发现，细菌-真菌跨界组合表现出了特殊的紧急功能，包括增强的表面定植能力和生长速率、对抗菌剂的更强耐受性，以及抗剪切性。不仅如此，跨界组合还能以更快的速度扩散，从而导致更严重的口腔疾病。



龋齿（蛀牙）是人类最普遍的口腔疾病之一，主要是由于饮食中的糖滞留在口腔中滋养了细菌和真菌导致产生酸性的牙菌斑，进而破坏了牙釉质。真菌白色念珠菌（Candida albicans）和细菌变形链球菌（Streptococcus mutans）是导致蛀牙的主要病原菌。蛀牙在儿童中极为常见。

这项研究正是始于一次在严重蛀牙患儿口腔中的意外发现。

当研究人员在显微镜下观察蛀牙患儿的唾液样本时，发现细菌和真菌结合不仅形成了一种超级有机体，还发展出了以前从未观察到过的行为：类似“行走”’和‘跳跃’一样移动。特殊的“紧急功能”给这个跨界组合带来了它们自己单独无法实现的新技能。研究人员表示，这几乎就是一个具有新功能的超级有机体。

随后，为了更详细地研究变形链球菌和白色念珠菌的组合，他们开发了一个实验模型，使用这两种微生物在37°C的人唾液中培养，然后用羟基磷灰石模拟牙齿表面，以重建细菌-真菌跨界组合。

研究人员发现，浮游的白色念珠菌和变形链球菌可以共同组合形成与患儿唾液中天然存在的结构相似的特征，即真菌及其菌丝、细菌簇与一种与蛀牙相关的细胞外多糖α-葡聚糖交织在一起。所有这些都缠绕在细胞外聚合物中。




当这些跨界组合在牙齿表面定植后，研究人员测试了其特性，并发现了它们令人惊讶的行为和突发性功能，包括增强的表面粘附性、机械性和抗菌剂耐受性，从而使它们更难以被杀灭。重要的是，细菌-真菌跨界组合具有非比寻常的移动性。他们在不断生长的同时，还表现出“跳跃”和“行走”式的动作。



虽然一些细菌可以利用鞭毛等附属物推动自己移动，但这项研究中的变形链球菌本身是不运动的。与任何已知微生物的运动不同，跨界组合利用真菌菌丝锚定在牙齿表面，然后推动整个超级有机体前进，从而将附着的细菌运送过表面。这就好像是细菌搭上真菌的“便车”。


而且，它们还会生长，并沿移动方向发展出不断变化的方向性，然后与其他已形成的跨界组合融合在一起，从而促进群落不断扩张。



不仅如此，这种超级有机体移动的速度非常快。在类似牙齿的表面上，它们的移动速度能超过每小时40微米，这与人体内参与伤口愈合的成纤维细胞的移动速度相当。



具体而言，在生长的最初几个小时内，研究人员观察到跨界组合在类似牙齿的表面上“跳跃”了100多微米。这是它们自身体长度的200多倍。就体型而言，它们甚至比大多数脊椎动物的跳跃能力都强。例如，树蛙的跳跃能力是自身体长的50倍；蚱蜢的跳跃能力是自身体长20倍。

该团队表示，虽然还不清楚确切的机制，但细菌-真菌跨界组合在生长过程中移动的能力产生了一个明确的后果：它们能在表面迅速定植并扩散到新的表面。

当研究人员在实验室模型中让这些跨界组合附着在真正的人类牙齿上并在其上生长时，超级有机体的快速扩散，导致了更广泛的蛀牙。

由于这些超级有机体存在于人类唾液中，因此在到达牙齿并造成损伤之前阻止它们结合或能破坏这种跨界组合，这可能是一种预防蛀牙的策略。

该团队表示，除了应用于治疗特定口腔疾病外，这些发现可能还适用于一般的微生物生物学。例如，在其他生物体液或水生生态系统中发现的聚集生物可能同样会促进表面的定植和生长，从而引起传染病或环境污染。

总之，该研究揭示了人类唾液中的细菌-真菌跨界组合，其行为类似于超级有机体，具有引起疾病的紧急功能。它们中的任一单一物种都不具备这样的能力。

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