Home / خبرها / باکتری های حفره زا، ارتشی از میکروبها را برای محافظت از خود بر روی دندان انسان جمع می کنند

باکتری های حفره زا، ارتشی از میکروبها را برای محافظت از خود بر روی دندان انسان جمع می کنند

۱۸ مه ۲۰۲۰ – مطالعه ی باکتری ها در یک ظرف آزمایشگاه یا لوله ی آزمایش، بینشی از عملکرد آنها و در برخی موارد اطلاعاتی در مورد نحوه ی بیماری زایی آنها ارائه می دهد، اما این رویکرد جزئیات مهم در مورد چگونگی عملکرد باکتری ها در دنیای واقعی را نشان نمی دهد.

محققان دانشکده دندانپزشکی دانشگاه پنسیلوانیا و انستیتوی فناوری جورجیا با استفاده از یک رویکرد جدید کاربردی، از باکتری هایی که باعث پوسیدگی دندان ها می شوند در سه بعد در محیط طبیعی آنها، تصویربرداری کردند. محیط طبیعی آنها بیوفیلم چسبنده ای معروف به “پلاک دندانی” است که بر روی دندانهای کودکان نوپا تشکیل می شود و در تشکیل حفره نقش دارد.

این مقاله که در ژورنال Proceedings of the National Academy of Science منتشر شده است، نشان داد که باکتری Streptococcus mutans ، که مسئول پوسیدگی دندان است، توسط یک جامعه ی چند لایه ای از سایر باکتری ها و پلیمرها که یک ساختار فضایی منحصر به فرد را در محل شروع بیماری می سازند، محصور شده است.

دکتر Hyun Koo ، از دانشکده ی دندانپزشکی پن و یکی از نویسندگان ارشد این مقاله می گوید: ما با دندان های کشیده شده از کودکان با پوسیدگی شدید کار خود را آغاز کردیم. سؤالی که در ذهن ما ایجاد شد، این بود که چگونه این باکتریها سازماندهی می شوند و آیا معماری خاص آنها می تواند اطلاعات بیشتری در مورد چگونگی ایجاد پوسیدگی ارائه دهد؟

برای پاسخ به این سؤال، محققان از جمله نویسنده اصلی این مقاله، دکتر Dongyeop Kim از دانشکده ی دندانپزشکی پن و یکی از نویسندگان ارشد این مقاله دکتر Marvin Whiteley از موسسه ی فن آوری جورجیا، از ترکیبی از میکروسکوپ کانفوکال با وضوح فوق العاده بالا و میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز کامپیوتری استفاده کردند تا ترتیب آرایش S. mutans و سایر میکروبهای بیوفیلم دست نخورده ی روی دندان ها را تشریح کنند. این تکنیک ها به تیم اجازه داد تا بیوفیلم را بصورت لایه به لایه مورد بررسی قرار دهند و تصویری سه بعدی از معماری و ساختار خاص آن بدست آورند.

این رویکرد که برای درک مکانها و الگوهای باکتریایی بکار می رود، روشی است که دکتر Whiteley در سایر بیماریها دنبال کرده است.

دکتر Whiteley می گوید: واضح است که شناسایی ترکیبات میکروبیوم انسان برای درک تأثیر آنها بر سلامت انسان کافی نیست، ما همچنین باید از سازماندهی و ساختار فضایی آنها اطلاعات کافی بدست آوریم. این موضوع کمتر مورد بررسی قرار گرفته است زیرا گرفتن نمونه های دست نخورده که ساختار فضایی واقعی در آنها حفظ گردد، دشوار است.

در این تحقیق، دانشمندان دریافتند که S. mutans در پلاک دندان اغلب به روشی خاص ظاهر می شود: به صورت گنبدی بر روی سطح دندان، اما S. mutans در این ساختار تنها نیست. در حالی که S. mutans ، هسته ی داخلی این ساختار گنبدی شکل را تشکیل می دهد، سایر باکتریهای کامنسال، مانند S. oralis ، لایه‌های بیرونی دیگری را که دقیقاً در یک ساختار تاجی مرتب شده اند، تشکیل می دهند. ساختار حمایت کننده و تفکیک کننده ی این لایه ها یک داربست خارج سلولی ساخته شده از قندهایی است که توسطS. mutans   تولید می شوند و به طور موثری این باکتری بیماری زا را محصور و محافظت می کنند.

دکتر Koo گفت: ما از این اجتماع بسیار مرتب با تجمع متراکمی از S. mutans ، در وسط که بوسیله ی این” هاله ها “از باکتری های مختلف احاطه شده است، حیرت زده شدیم، حال سوال این است که چگونه این ساختار متراکم و محافظت شده می تواند باعث پوسیدگی دندان شود؟

برای تحقیق بیشتر در مورد چگونگی تأثیر ساختار بر عملکرد بیوفیلم، دانشمندان سعی کردند تا تشکیل پلاک طبیعی را روی سطحی مشابه با دندان در آزمایشگاه با استفاده از S. mutans ،S. oralis  و محلول قند بازسازی کنند. آنها با موفقیت بیوفیلم را در یک ساختار گنبدی شکل رشد دادند و سپس غلظت اسید و دمینرالیزاسیون مرتبط با آن را اندازه گیری کردند.

دکتر Koo گفت: موضوع جالب توجهی که ما کشف کردیم، این بود که نواحی گنبدی کاملاً مطابق با سطوح دمینرالیزه شده در سطح مینای دندان و غلظت بالای اسید در این سطوح بودند. این آینه ای از آنچه بود که پزشکان هنگام پوسیدگی دندان مشاهده می کنند: مناطق سوراخ شده ای که کلسیم آنها زدوده شده است و به” لکه های سفید “معروف هستند. ساختار گنبدی شکل می تواند چگونگی شروع حفره ها را توضیح دهد.

در آزمایش نهایی، تیم از یک درمان ضد میکروبی استفاده نمود و چگونگی فرار باکتری ها از جامعه ی گنبدی را بررسی کرد. هنگامی که ساختارهای گنبدی دست نخورده باشند، S. mutans در هسته داخلی تا حد زیادی از مرگ ناشی از درمان ضد میکروبی در امان می ماند. تنها شکستن مواد تشکیل دهنده ی داربستی که لایه های بیرونی را در کنار هم نگه می دارد، می تواند به ماده ضد میکروبی اجازه ی نفوذ دهد تا به طور موثری باکتری های حفره زا را از بین ببرد.

یافته های این پژوهش ممکن است به محققان کمک کند تا بتوانند هسته ی پاتوژن بیوفیلم های دندانی را مورد هدف قرار دهند، همچنین می تواند در زمینه های دیگر نیز موثر باشد.

دکتر Koo می گوید: این نشان می دهد که ساختار فضایی میکروبیوم ممکن است عملکرد و نتیجه بیماری را تحت تأثیر قرار دهد، و می تواند در سایر زمینه های پزشکی که با عفونت های پلی میکروبی مواجه هستند، مورد توجه واقع شود.

دکتر Whiteley افزود: این فقط نوع پاتوژن نیست که می تواند در مورد آن بیماری اطلاعات زیادی به شما بدهد بلکه چگونگی سازماندهی آنها در ساختار فضایی و در اجتماعشان بسیار مهم است. باکتریها موجودات کاملاً اجتماعی هستند و دوستان و دشمنانی دارند که رفتارهای آنها را دیکته می کنند.

محققان می گویند: بیوگرافی میکروبی، علم جوانی است، اما این که ساختار جامعه ی میکروبی با شروع بیماری ارتباط دارد، زمینه های گسترده ای از امکانات را برای علم پزشکی در آینده ایجاد می کند.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2020-05-cavity-causing-bacteria-army-microbes-human.html