Все живые организмы стремятся адаптироваться к условиям окружающей среды, чтобы выжить, и бактерии не являются исключением. За последние десятилетия некоторые виды бактерий приобрели устойчивость к широко применяемым антибиотикам и дезинфицирующим средствам, что создало серьезные вызовы для медицины и системы здравоохранения. В то же время множество видов бактерий играют важную, а порой и критическую роль в поддержании здоровья человека. Это поднимает вопрос: возможно ли не уничтожать бактерии, а влиять на их поведение для снижения заболеваемости и улучшения здоровья?

Как бактерии общаются между собой

Бактерии — вовсе не молчаливые существа. В полости рта человека обитает около 700 различных видов бактерий, которые постоянно обмениваются информацией с помощью процесса, известного как кворумное восприятие. Эта химическая коммуникация позволяет бактериям координировать свои действия в составе группы. Многие оральные бактерии используют сигнальные молекулы, называемые N-ацилгомосеринлактон (AHL), чтобы отправлять и получать сообщения.

Исследование бактериальной коммуникации в зубном налете

Ученые из Университета Миннесоты, Колледжа биологических наук и Школы стоматологии решили изучить, как бактерии в полости рта взаимодействуют между собой и можно ли целенаправленно нарушить их коммуникацию. Целью исследования было выяснить, поможет ли вмешательство в эти сигналы предотвратить образование зубного налета и поддерживать более здоровый микробиом ротовой полости. Результаты, опубликованные в журнале npj Biofilms and Microbiomes, показывают, что такой подход может изменить представления врачей о лечении бактериальных заболеваний.

Ключевые выводы исследования

Исследователи выявили несколько важных закономерностей в организации и коммуникации оральных бактерий:

• Бактерии в зубном налете генерируют AHL-сигналы в богатых кислородом областях (например, над линией десен), и эти сигналы могут быть восприняты бактериями, обитающими в зонах с низким содержанием кислорода (под линией десен).
• Удаление AHL-сигналов с помощью специальных ферментов — лактоналаз — приводило к увеличению числа видов бактерий, связанных с хорошим здоровьем полости рта.

Эти результаты свидетельствуют о том, что тщательно подобранные ферменты могут быть использованы для изменения состава микробных сообществ зубного налета и поддержания здорового баланса микробиома.

Зубной налет как живая экосистема

«Зубной налет развивается поэтапно, подобно лесной экосистеме, — объясняет Микаэль Элиас, доцент Колледжа биологических наук. — Первыми поселенцами становятся такие бактерии, как Streptococcus и Actinomyces. Обычно они безвредны и связаны с хорошим здоровьем полости рта. Поздние колонизаторы, среди которых бактерии “красного комплекса”, например Porphyromonas gingivalis, тесно связаны с развитием пародонтоза. Управляя химическими сигналами, которые используют бактерии для общения, можно контролировать сообщество налета, чтобы оно оставалось или возвращалось к стадии, ассоциированной со здоровьем».

Ведущий автор Ракеш Сикдар добавляет: «Особенно удивительно, как наличие кислорода меняет всю картину. Когда мы блокировали AHL-сигналы в аэробных условиях, наблюдался рост числа бактерий, связанных со здоровьем. Но при добавлении AHL в анаэробных условиях увеличивалось количество патогенных поздних колонизаторов. Кворумное восприятие может играть совершенно разные роли над и под линией десен, что важно учитывать при лечении пародонтоза».

Перспективы микробиом-ориентированных методов лечения

В дальнейшем исследователи планируют изучить, как бактериальная сигнализация различается в разных областях рта и у пациентов на различных стадиях пародонтоза. «Понимание того, как бактериальные сообщества общаются и организуются, в конечном итоге может дать нам новые инструменты для профилактики пародонтоза — не путем уничтожения всех оральных бактерий, а с помощью стратегического поддержания здорового микробного баланса», — отмечает Элиас. Команда считает, что эта стратегия в будущем может привести к созданию новых методов терапии и для других частей тела, где нарушения микробиома связаны с заболеваниями и некоторыми формами рака.