Учёные открыли удивительный способ влиять на бактерии — не убивая, а изменяя способ их коммуникации. Исследователи, занимающиеся бактериями ротовой полости, обнаружили, что нарушение химических сигналов, используемых при «общении» бактерий, может заменить вредные микробные сообщества в зубном налёте на более здоровые. Эта находка может открыть путь к новым методам лечения, предотвращающим заболевания путём поддержания сбалансированного микробиома, а не истребляющим все бактерии подряд.
Все живые организмы адаптируются чтобы выжить, и бактерии не являются исключением. За многие десятилетия некоторые бактерии постепенно выработали устойчивость к широко используемым антибиотикам и дезинфицирующим средствам, создавая серьёзные проблемы для медицины и общественного здоровья. В то же время, несметное число видов бактерий играет полезную, и часто критическую роль в поддержании здоровья организма человека. Отсюда возникает важный вопрос. Не могли бы учёные вместо того, чтобы истреблять бактерии, обнаружить новые способы влиять на их поведение, чтобы снизить заболеваемость и улучшить состояние здоровья?
Бактерии далеко не молчаливы. Около 700 различных видов бактерий в ротовой полости человека постоянно обмениваются информацией в процессе, именуемом чувством кворума. Это химическое общение позволяет бактериям координировать свои действия в качестве группы. Многие бактерии ротовой полости пользуются сигнальными молекулами под названием N-ацил-гомосеринлактоны (АГЛ) для отправки и получения этих сообщений.
Изучение коммуникации между бактериями в зубном налёте
Исследователи из Колледжа биологических наук и Школы стоматологии Университета Миннесоты в Твин-Ситис занялись исследованием того, каким образом бактерии во рту осуществляют коммуникацию и можно ли эту коммуникацию намеренно нарушить. Их задача состояла в том, чтобы определить, поможет ли нарушение этих сигналов предотвратить рост бляшек и поддержать более здоровый микробиом рта. Результаты их исследования, опубликованные в npj Biofilms and Microbiomes, предполагают, что этот подход может трансформировать представление врачей о лечении бактериальных заболеваний.
Основные находки исследования
Исследователи обнаружили несколько важных закономерностей общения и организации бактерий ротовой полости.
Бактерии зубной бляшки генерируют сигналы АГЛ в насыщенных кислородом регионах (например, выше линии дёсен), и эти сигналы могут обнаруживаться бактериями, проживающих в бедных кислородом регионах (ниже линии дёсен).
Устранение сигналов АГЛ с помощью специализированных ферментов под названием лактоназы приводило к увеличению роста полезных видов бактерий.
Эти результаты указывают на то, что тщательно подобранные ферменты могут использоваться для трансформирования сообществ зубной бляшки и поддержания здорового микробного баланса.
Зубной налёт как живая экосистема
«Зубной налёт развивается последовательно, подобно экосистеме леса, — говорит Микаэль Элиас, адъюнкт-профессор Колледжа биологических наук и старший автор исследования. — Виды-первопроходцы, вроде Streptococcus и Actinomyces — первые поселенцы в простых сообществах. Как правило, они безвредны и связаны со здоровым состоянием ротовой полости. В число всё более разнообразных поздних колонизаторов входят бактерии «красного комплекса», такие как Porphyromonas gingivalis, которые непосредственно связаны с заболеванием периодонта. Нарушая химические сигналы, используемые бактериями для общения, можно манипулировать сообществом бляшки, чтобы оно оставалось в здоровом состоянии или возвращалось к нему».
«Наиболее удивительно то, насколько наличие кислорода способно всё изменить, — говорит ведущий автор исследования Ракеш Сикдар. — Когда мы блокировали АГЛ-сигнал в аэробных условиях, мы наблюдали больше полезных бактерий. Но когда мы добавляли АГЛ при анаэробных условиях, мы способствовали росту патогенных поздних колонизаторов. Чувство кворума может играть очень разные роли выше и ниже линии дёсен, что имеет важное значение для нашего подхода к лечению заболеваний периодонта».
По направлению к основанным на микробиоме лекарствам
На следующем этапе исследователи планируют изучить, как бактериальные сигналы различаются по разным районам ротовой полости и среди пациентов на разных стадиях заболевания периодонта. «Понимание общения и самоорганизации бактериальных сообществ может в итоге дать нам новые инструменты по профилактике периодонтита — не воюя против всех бактерий ротовой полости, а стратегически поддерживая здоровый микробный баланс», — говорит Элиас. Учёные считают, что в итоге эта стратегия может привести к созданию лекарств для других частей тела, где дисбаланс микробиома связан с болезнью и определёнными типами рака.
Исследование было профинансировано Национальными институтами здоровья.
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Университетом Миннесоты в Твин-Ситис.
Вам также может быть интересно: