Биологи обнаружили, что вызывающие кариес микробы «катаются» по зубам на грибках

Развитие кариеса зависит не только от наследственности и питания, но и от микробиоты полости рта. Микробиологи и стоматологи из США, Германии и Швейцарии изучили взаимодействие частых виновников раннего детского кариеса — грибка Candida albicans и бактерии Streptococcus mutans. Эксперимент, результаты которого опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показал, что бактериальные и грибковые клетки образуют устойчивые конгломераты в слюне. На начальных этапах колонизации зуба псевдомицелий гриба «ходит» гифами по субстрату, таская на себе бактериальные клетки. Столь необычный тип движения повышает скорость колонизации в три раза, а скорость развития кариеса — в два.

Микробиом слизистых оболочек человека организован в виде биопленок — сообществ, внутри которых существует сложная система обмена сигналами и горизонтального переноса генов между представителями разных видов и царств.

Движение бактерии Streptococcus mutans на псевдомицелии грибка Candida albicans

Полость рта и поверхность зубов — не исключение в этом отношении. От успешности взаимодействия микробов между собой может зависеть агрессивность кариеса. В последние годы растет число доказательств того, что не только бактерии, вырабатывающие кислоты, но и грибки рода Candida вносят вклад в развитие воспалительных заболеваний слизистой оболочки полости рта и в возникновение кариеса (в первую очередь у детей). И это при том, что сама кандида не разрушает зубы. Подробности взаимодействия между грибками и бактериями в полости рта человека пока малоизучены.

Микробиологи и стоматологи из Университета Пенсильвании в соавторстве с учеными из нескольких американских, немецких и швейцарских университетов под руководством Курта Дрешера (Knut Drescher) и Хёна Ку (Hyun Koo) изучили формирование и функционирование биопленки в слюне у детей.

Для начала они изучили образцы слюны у тридцати детей с ранним детским кариесом и у четырнадцати здоровых. Микроскопия показала, что при кариесе бактерии образуют сообщества с псевдомицелиями грибков, а у здоровых детей в слюне были лишь преимущественно одиночные клетки микроорганизмов. Конгломераты состояли из бактерий Streptococcus mutans и грибков Candida albicans, скрепленных полисахаридами, за образование которых отвечают бактерии. В центре такого конгломерата находятся бактериальные и грибковые клетки, на периферии — грибковые.

Организация клеточного сообщества кандид и стрептококков при раннем детском кариесе

Авторы воссоздали кариес ex vivo при помощи гидроксилапатитной подложки (имитирующей поверхность зуба) и стерилизованной слюны, в которую добавили микроорганизмы, и получили такие же микробные сообщества. Дополнительные эксперименты показали, если взять грибок генетической линии, не формирующей гифы, или заменить S. mutans на другой стрептококк полости рта человека (S. gordonii), то многоклеточные конгломераты не возникают. Блокада стрептококковых ферментов, отвечающих за синтез гликанового межклеточного матрикса, как и добавление в слюну гликозидаз, давали такой же эффект (мы рассказывали об эксперименте с гликозидазами от этой же исследовательской группе: тогда ферменты замедлили развитие кариеса у людей).

Ток жидкости легко смывал чистые культуры стрептокококков и кандид с поверхности подложки, а смешанные сообщества оказались довольно устойчивы к механическим воздействиям. Более того, микроорганизмы в составе конгломератов были на 2-4 порядка менее чувствительны к антисептику хлоргексидину и противогрибковому препарату нистатину, чем те же микробы в виде чистых культур.

Стабильность микробных сообществ (чистых культур или межвидовых) под действием тока жидкости (слева) и антимикробных препаратов (справа)

Наблюдение за начальным этапом формирования биопленки позволило открыть способ миграции стрептококков, который авторы назвали «путешествием автостопом» («hitchhiking»). После прикрепления к поверхности зуба сообщество выбирает направление роста. С началом роста псевдомицелий грибка приподнимает бактериальные клетки над поверхностью и переносит стрептококки, «шагая» гифами грибка по поверхности субстрата.

Скорость миграции на начальной стадии формирования биопленки достигала примерно 15 микрометров за час (это порядка 10-15 диаметров клеток стрептококка, не имеющих органелл движения). Благодаря кандиде стрептококки захватили в три раза больше поверхности подложки, чем в контрольном эксперименте с чистой культурой. Скорость инвазии вглубь матрицы у биопленки была в два раза выше, чем у культуры стрептококков, и составила 40 микрометров примерно за три дня.

Миграция стрептококков (зеленый) на поверхности грибов Candida

По мнению авторов, понимание взаимодействия разных компонентов микробиома улучшит наше понимание патогенеза и способов лечения многих инфекционных заболеваний. И хотя пока неизвестна молекулярная подоплека и значение феномена для кариеса взрослых (у которых стрептококк не играет ведущей роли в болезнях зубов), дальнейшее изучение микробиома полости рта может приблизить нас к лекарству от кариеса и отдалить от бормашины.

Но не только микробиологи вносят свою лепту в борьбу с кариесом: факторы, влияющие на его возникновение, неплохо изучены благодаря сравнению археологических находок, исследованию человеческой диеты и анализу заболеваемости близнецов. А изучение молекулярных механизмов регенерации дентина и пульпы позволило даже вылечить кариес — правда пока только у животных.