Partnerstvo između bakterija i gljivica između kraljevstva može rezultirati udruživanjem kako bi se formirao "superorganizam" neobične snage i otpornosti. Možda zvuči kao naučna fantastika, ali ove mikrobne grupe su u velikoj mjeri dio ovdje i sada.

karijes
© interdent.com
Pronađeni u pljuvački mališana s teškim karijesom u djetinjstvu, ovi skupovi mogu efikasno kolonizirati zube. Bile su ljepljivije, otpornije na antimikrobne tvari i teže ih je ukloniti sa zuba nego bakterije ili gljivice same, prema istraživačkom timu, predvođenom naučnicima sa Fakulteta dentalne medicine Univerziteta Pennsylvania.

Štaviše, skupovima neočekivano niknu "udovi" koji ih pokreću da "hodaju" i "skoče" kako bi se brzo proširili po površini zuba, uprkos tome što svaki mikrob nije pokretan, objavio je tim u časopisu Zbornik radova Nacionalne akademije nauka.

"Ovo je počelo vrlo jednostavnim, gotovo slučajnim otkrićem, dok smo gledali uzorke pljuvačke male djece kod kojih se razvija agresivni karijes", kaže Hyun (Michel) Koo, profesor na Penn Dental Medicine i ko-korespondent u radu. "Gledajući pod mikroskopom, primijetili smo bakterije i gljivice koje formiraju ove sklopove i razvijaju pokrete za koje nikada nismo mislili da će posedovati: pokretljivost nalik na hodanje i na skakanje. ' koji donose nove prednosti ovom skupu koje nisu mogli postići sami. To je skoro kao novi organizam — superorganizam — s novim funkcijama."

Bolje (ili gore) zajedno

U prošlosti, Kooova laboratorija se fokusirala na dentalni biofilm, ili plak, prisutan kod djece s teškim karijesom, otkrivajući da obje bakterije - Streptococcus mutans — i gljive — Candida albicans — doprinose nastanku bolesti. Karijes nastaje kada se šećeri u ishrani zadržavaju da hrane bakterije i gljivice u ustima, što dovodi do zubnog plaka koji proizvodi kiselinu i uništava caklinu.

Do novog skupa otkrića došlo je kada je Zhi Ren, postdoktorski saradnik u Kooovoj grupi, koristio mikroskopiju koja omogućava naučnicima da vizualiziraju ponašanje živih mikroba u realnom vremenu. Tehnika "otvara nove mogućnosti za istraživanje dinamike složenih bioloških procesa", kaže Ren, prvi autor rada i dio prve grupe programa postdoktorske obuke NIDCR T90R90 u Penn's Centru za inovacije i preciznu stomatologiju.

Nakon što su vidjeli klastere bakterija i gljivica prisutnih u uzorcima pljuvačke, Ren, Koo i kolege su bili znatiželjni kako bi se grupe mogle ponašati kada se pričvrste na površinu zuba. Tako je započeo niz eksperimenata koji koriste mikroskopiju uživo u realnom vremenu za promatranje procesa vezivanja i konačnog rasta.

Stvorili su laboratorijski sistem za rekreaciju formiranja ovih skupova, koristeći bakterije, gljivice i materijal sličan zubima, a sve to inkubirano u ljudskoj pljuvački. Platforma je omogućila istraživačima da posmatraju kako se grupe okupljaju i da analiziraju strukturu nastalih skupova. Pronašli su visoko organiziranu strukturu s bakterijskim klasterima spojenim u složenu mrežu gljivičnih kvasaca i filamentnih izbočina zvanih hife, sve upletene u ekstracelularni polimer, materijal sličan ljepilu.

Zatim je tim testirao svojstva ovih skupova unakrsnih kraljevstava nakon što su kolonizirali površinu zuba i otkrili "iznenađujuća ponašanja i svojstva u pojavljivanju", kaže Ren, "uključujući poboljšanu površinsku adheziju, što ih čini vrlo ljepljivim, i povećanu mehaničku i antimikrobnu toleranciju, što ih čini teškim za uklanjanje ili ubijanje."

Istraživači kažu da je možda najintrigantnija karakteristika skupova njihova mobilnost. "Pokazivali su pokrete poput skakanja i hodanja dok su kontinuirano rasli", kaže Ren.

Dok se neke bakterije mogu pokretati pomoću dodataka kao što su flagele, mikrobne vrste u trenutnoj studiji su nepomične. I za razliku od bilo koje poznate pokretljivosti mikroba, skupovi su koristili hife gljivica da se usidre na površini, a zatim pokreću cijeli superorganizam naprijed, prenoseći pričvršćene bakterije preko površine, kaže Koo, "poput bakterija koje stopiraju gljive".

Grupacije mikroba su se kretale brzo i daleko, otkrili su istraživači. Na površini koja liči na zub, tim je izmjerio brzine veće od 40 mikrona na sat, slično brzini fibroblasta, vrste ćelije u ljudskom tijelu koja je uključena u zacjeljivanje rana. U prvim satima rasta, naučnici su primijetili kako skupovi "skaču" više od 100 mikrona po površini. "To je više od 200 puta njihove dužine tijela", kaže Ren, "što ih čini čak i boljim od većine kralježnjaka, u odnosu na veličinu tijela. Na primjer, žabe na drvetu i skakavci mogu skočiti naprijed oko 50 puta i 20 puta više od njihove dužine tijela , odnosno."

Iako su tačni mehanizmi nepoznati, sposobnost skupova da se "kreću dok rastu", kažu istraživači, ima jednu jasnu posljedicu: omogućava im da se brzo koloniziraju i šire na nove površine. Kada je istraživački tim dopustio da se sklopovi pričvrste i rastu na pravim ljudskim zubima u laboratorijskom modelu, otkrili su opsežniji karijes kao rezultat biofilma koji se brzo širi.

Liječenje bolesti i biologija općenito

Budući da se ovi skupovi nalaze u pljuvački, njihovo rano ciljanje može biti terapijska strategija za sprječavanje karijesa u djetinjstvu, kaže Koo. "Ako blokirate ovo vezivanje ili poremetite sklop prije nego što stigne na zub i izazove štetu, to bi mogla biti preventivna strategija."

I osim primjene u liječenju ove specifične bolesti, kažu istraživači, nova otkrića bi mogla biti primjenjiva u mikrobnoj biologiji općenito. Na primjer, agregirani organizmi koji se nalaze u drugim biološkim tekućinama ili vodenim ekosistemima mogu na sličan način poboljšati površinsku kolonizaciju i rast kako bi izazvali zarazne bolesti ili kontaminaciju okoliša.

"Vidjeli smo da se ova dva različita organizma okupljaju kao novi organizam koji je svakom dao dodatne prednosti i funkcije koje pojedinačne ćelije same nisu imale", kaže Koo. Nalazi bi čak mogli baciti svjetlo na evoluciju uzajamnosti i višećelijnosti koja poboljšava opstanak i rast pojedinačnih organizama kada se ujedine i rade zajedno kao jedinica u datom okruženju, napominje tim.

"Ovo otkriće superorganizma 'lošeg momka' je zaista revolucionarno i neočekivano," kaže Knut Drescher sa Univerziteta u Bazelu, ko-korespondent u radu. "Niko ovo ne bi predvidio. Zhi je slučajno naišao na ovo tako što je ostao otvorenog uma."
Hyun (Michel) Koo je profesor na Odsjeku za ortodonciju i odjeljenjima za oralno zdravlje i dječju stomatologiju na Stomatološkom fakultetu, te suosnivač Centra za inovacije i preciznu stomatologiju (CiPD) na Univerzitetu Pennsylvania .

Zhi Ren je saradnik u Nacionalnom institutu za stomatološka i kraniofacijalna istraživanja T90/R90 postdoktorskog programa obuke Napredna obuka na interfejsu inženjerskih i oralno-kraniofacijalnih nauka u okviru CiPD-a na Penn's School of Dental Medicine i School of Engineering & Applied Sciences. Ren je također bio saradnik Colgate-Palmolive dječje stomatologije (2019-21).

Knut Drescher je vanredni profesor na Biozentrumu Univerziteta u Bazelu u Švicarskoj.

Koo i Renovi koautori u radu bili su Aurea Simon-Soro iz Penn Dental Medicine, Zhenting Xiang, Yuan Liu i Indira M. Cavalcanti; Hannah Jeckel iz Philipps-Universität Marburga; Jin Xiao iz Medicinskog centra Univerziteta u Rochesteru; Nyi-Nyi Tin sa Univerziteta Indiana i Anderson Hara; i Knut Drescher sa Univerziteta u Bazelu. Ren i Jeckel su dijelili prvo autorstvo, a Drescher i Koo su bili ko-dopisnici.

Ovaj rad je djelimično podržan od strane Nacionalnog instituta za stomatološka i kraniofacijalna istraživanja (grantovi DE025220 i DE031532), Budesministerium für Bildung und Forschung (Grant TARGET-Biofilm) i Evropskog istraživačkog vijeća (Grant 716743).
___________

Izvor: sciencedaily