Все живые организмы приспосабливаются к окружающей среде для выживания, и бактерии не исключение. За последние десятилетия некоторые виды бактерий выработали устойчивость к широко используемым антибиотикам и дезинфицирующим средствам, что создает серьезные вызовы для медицины и общественного здравоохранения. В то же время бесчисленное множество бактериальных видов играет незаменимую роль в поддержании здоровья человеческого организма. Возникает важный вопрос: вместо того чтобы пытаться уничтожить бактерии, могли бы ученые влиять на их поведение, чтобы уменьшить болезни и улучшить самочувствие?
Бактерии вовсе не молчаливы. В полости рта человека около 700 различных видов бактерий постоянно обмениваются информацией с помощью процесса, известного как «чувство кворума» (quorum sensing). Эта химическая коммуникация позволяет бактериям координировать свои действия в составе группы. Многие бактерии полости рта используют сигнальные молекулы, называемые N-ацилгомосеринлактонами (AHLs), для отправки и получения этих сообщений.
Исследователи из Колледжа биологических наук и Стоматологической школы Университета Миннесоты в кампусе Твин-Сити задались целью изучить, как бактерии во рту общаются, и можно ли целенаправленно нарушить эту коммуникацию. Их задача состояла в том, чтобы определить, поможет ли вмешательство в эти сигналы предотвратить образование зубного налета и способствовать созданию более здорового орального микробиома. Результаты, опубликованные в журнале npj Biofilms and Microbiomes, предполагают, что такой подход может изменить представление врачей о лечении бактериальных заболеваний.
Ученые обнаружили несколько важных закономерностей в том, как ротовые бактерии общаются и организуются. Бактерии в зубном налете генерируют сигналы AHL в богатых кислородом областях, таких как над линией десны, и эти сигналы могут быть обнаружены бактериями, живущими в областях с низким содержанием кислорода – под линией десны.
Устранение сигналов AHL с помощью специализированных ферментов, называемых лактоназами, привело к увеличению количества видов бактерий, связанных с хорошим состоянием полости рта. Эти результаты показывают, что тщательно подобранные ферменты могут быть использованы для изменения микробных сообществ зубного налета и поддержания здорового баланса микроорганизмов.
«Зубной налет развивается последовательно, подобно лесной экосистеме, – отметил Микаэль Элиас, доцент Колледжа биологических наук и старший автор исследования. – Виды-пионеры, такие как Streptococcus и Actinomyces, являются первыми поселенцами в простых сообществах – они, как правило, безвредны и ассоциируются с хорошим здоровьем полости рта. Все более разнообразные поздние колонизаторы включают бактерии «красного комплекса», такие как Porphyromonas gingivalis, которые тесно связаны с заболеваниями пародонта. Нарушая химические сигналы, используемые бактериями для общения, можно было бы управлять сообществом налета, чтобы оно оставалось или возвращалось в стадию, связанную со здоровьем».
«Особенно поразительно то, как доступность кислорода меняет все, – добавил ведущий автор исследования Ракеш Сикдар. – Когда мы блокировали передачу сигналов AHL в аэробных условиях, мы наблюдали увеличение количества бактерий, связанных со здоровьем. Но когда мы добавляли AHLs в анаэробных условиях, мы способствовали росту поздних колонизаторов, ассоциированных с болезнями. Чувство кворума может играть очень разные роли выше и ниже линии десны, что имеет серьезные последствия для нашего подхода к лечению пародонтита».
В дальнейшем исследователи планируют изучить, как бактериальная сигнализация различается в разных областях рта и среди пациентов на разных стадиях пародонтита. Понимание того, как бактериальные сообщества общаются и организуются, в конечном итоге может предоставить новые инструменты для предотвращения пародонтита – не путем «войны» со всеми оральными бактериями, а путем стратегического поддержания здорового микробного баланса, по словам Элиаса. Команда считает, что эта стратегия в конечном итоге может привести к разработке методов лечения для других частей тела, где дисбаланс микробиома связан с болезнями и некоторыми формами рака.
Финансирование исследования было предоставлено Национальными институтами здравоохранения США.
