В условиях непрерывной эволюции бактерий, стремящихся к выживанию, одной из наиболее острых проблем современной медицины и общественного здравоохранения становится рост устойчивости вредоносных микробов к антибиотикам и дезинфицирующим средствам. Однако, как подчеркивают специалисты, далеко не все бактерии представляют угрозу: многие из них играют критически важную роль в поддержании здоровья человеческого организма. В связи с этим учёные всё чаще обращают внимание на возможность управления поведением микробов, а не на их тотальное уничтожение. Особенно актуальным этот подход оказывается в контексте полости рта, где, согласно данным исследователей, обитает около 700 видов бактерий, многие из которых постоянно взаимодействуют друг с другом.
Внутри ротовой полости бактерии практически непрерывно обмениваются химическими сигналами посредством процесса, известного как «чувство кворума». Некоторые из этих микроорганизмов используют для коммуникации особые сигнальные молекулы — N-ацил-гомосерин-лактоны (АГЛ). Именно на изучении этих механизмов сосредоточились исследователи из Колледжа биологических наук и Школы стоматологии, задавшись целью выяснить, каким образом бактериальные изменения влияют на развитие микробов полости рта и можно ли, прерывая эти сигналы, предотвратить формирование вредоносного зубного налёта, не нанося ущерба полезным бактериям.
Учёные продвигают бактериальную коммуникацию
Результаты их работы, опубликованные в журнале npj «Биопленки и микробиомы», демонстрируют, что подобные методы могут в перспективе применяться далеко за пределами стоматологии. В ходе исследования группа учёных обнаружила несколько ключевых закономерностей, связанных с вмешательством в бактериальную коммуникацию внутри ротовой полости. В частности, выяснилось, что бактерии, населяющие зубной налёт, способны вырабатывать АГЛ в аэробной среде — например, над поверхностью дёсен, — при этом данные сигналы продолжают воздействовать на микроорганизмы, находящиеся в анаэробной среде, то есть под поверхностью дёсен.
Более того, удаление сигналов АГЛ с помощью специализированных ферментов, называемых лактоназами, приводит к увеличению времени задержки формирования налёта, что способствует поддержанию здоровой микрофлоры полости рта. Полученные данные свидетельствуют о том, что тщательно подобранные ферменты способны изменять структуру сообщества зубного налёта, способствуя формированию более здорового микробиома. «Зубной налёт развивается в последовательности, очень похожей на лесную экосистему», — пояснил Микаэль Элиас, доцент Колледжа биологических наук и старший автор исследования. Он отметил, что виды-первопроходцы, такие как Streptococcus и Actinomyces, первыми заселяют простые сообщества и, как правило, являются безвредными, хорошо взаимодействуя с тканями полости рта.
и рта. Все более разнообразные поздние колонизаторы включают бактерии «красного комплекса», такие как Porphyromonas gingivalis , что серьезно влияет на заболевания пародонта. Нарушив химические сигналы, которые бактерии используют для общения, можно манипулировать сообществом бляшек, чтобы оно останавливалось или возвращалось на свою стадию, связанную со стабильностью».
Уровни кислорода меняют поведение ошибочно
Исследователи также обнаружили, что кислород играет решающую роль в том, как эти бактериальные сообщения влияют на рост бляшек.
«Что особенно поразительно, так это то, что доступность кислорода меняет все», — сказал он. Сказал ведущий автор Ракеш Сикдар. «Когда мы заблокировали передачу сигналов АГЛ в аэробных условиях, мы обнаружили большую опасность, связанную с границей. Но когда мы добавили АГЛ в анаэробных условиях, мы увеличили рост поздних колонизаторов, земли с заболеванием. Чувство кворума может играть совершенно разные роли выше и ниже линии десен, что имеет серьезные последствия для нашей группы к отдельным заболеваниям пародонта».
Это открытие предполагает, что бактериальная коммуникация работает по-разному, в зависимости от того, где бактерии обитают во рту. Это понимание может помочь исследователям разработать более целенаправленные подходы к борьбе с десен-сенсорными заболеваниями и сохранить более здоровый баланс микробов.
Будущие методы лечения могут защитить здоровые бактерии
На следующем этапе исследования будет изучено, как бактериальная передача сигналов проявляется в разных областях рта и у людей с различными стадиями заболеваний пародонта.
«Понимание того, как бактериальные сообщества общаются и организуются, может в конечном итоге дать нам новые инструменты для предотвращения заболеваний пародонта — не методом воздействия войны со всеми бактериями полости рта, а методом принципиального поддержания здорового микробного баланса», — говорит он. — сказал Элиас.
Исследователи полагают, что эта стратегия в конечном итоге может выйти за рамки гигиены полости рта. Дисбаланс микробиомы, известный как бактериоз, связан с лечением дисбаланса во всех вариантах, включая некоторые виды методов. Ученые надеются, что эти результаты помогут заложить основу для последующих методов лечения, которые направят микробные сообщества к более здоровому состоянию, а не к полному уничтожению смертоносных болезней.
Финансирование исследования было предоставлено Национальными институтами здравоохранения.