Wielu z nas słyszało już o probiotykach wspierających zdrowie jelit. Ale czy równie korzystne mikroorganizmy mogą działać w jamie ustnej? Zespół prof. Wenjun Zhang z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley postanowił odpowiedzieć na to pytanie, podejmując pionierskie badania nad wykorzystaniem tzw. „dobrych” bakterii jako potencjalnych probiotyków przeciwdziałających próchnicy.
W artykule opublikowanym na łamach Proceedings of the National Academy of Sciences naukowcy przedstawiają nowe podejście do badania mikrobiomu jamy ustnej i wskazują możliwe strategie jego modyfikacji w celu zwalczania patogennych drobnoustrojów.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Czy bakterie w jamie ustnej mogą działać jak naturalne probiotyki wspierające zdrowie zębów.
- Jakie nowe mechanizmy biologiczne odkryli naukowcy z UC Berkeley w kontekście tworzenia biofilmu.
- Na czym polega rola wyspecjalizowanych metabolitów i jak mogą pomóc w eliminacji bakterii próchnicotwórczych.
- Jakie są perspektywy zastosowania genetycznie modyfikowanych bakterii w profilaktyce próchnicy.
Nowe spojrzenie na mikrobiom jamy ustnej
Jamę ustną człowieka zamieszkuje setki gatunków bakterii, tworzących złożoną i dynamiczną społeczność. Niektóre z nich, jak Streptococcus mutans, są dobrze znanymi sprawcami próchnicy, wytwarzając kwasy uszkadzające szkliwo zębów. Inne – potencjalnie korzystne – mogą wspierać równowagę mikroflory.
Tradycyjne podejście skupiało się na identyfikacji konkretnych patogennych gatunków. Zhang i jej zespół postanowili jednak pójść dalej, analizując metagenom, czyli pełne sekwencje DNA wszystkich bakterii obecnych w jamie ustnej. Celem było odnalezienie genów bezpośrednio powiązanych z próchnicą – niezależnie od przynależności gatunkowej.
Odkrycie klastrów genów i ich wpływ na biofilm
Zespół Zhang odkrył skupisko ok. 15 genów, które wspólnie odpowiadają za produkcję
dwóch typów cząsteczek: jednej działającej jak klej, a drugiej jak sznurek. Razem umożliwiają one bakteriom tworzenie silnych, trwałych struktur biofilmu – lepkiej warstwy pokrywającej zęby.
Po lepszym zrozumieniu aktywności tych cząsteczek i tego, jak mogą one sprzyjać tworzeniu silnego biofilmu, będziemy mogli wprowadzić je do dobrych bakterii, aby mogły one tworzyć silne biofilmy i eliminować wszystkie złe bakterie – wyjaśnia Zhang.
To odkrycie otwiera nową drogę do wykorzystania bioinżynierii w celu modyfikacji korzystnych bakterii tak, by były bardziej konkurencyjne wobec patogenów.
Wyspecjalizowany metabolizm – klucz do dominacji mikrobiologicznej
Analiza statystyczna przeprowadzona przez doktorantkę McKennę Yao pozwoliła wyłonić klastry genów odpowiedzialnych za produkcję wyspecjalizowanych metabolitów, takich jak mutanoklupiny. To substancje, które nie są niezbędne do przeżycia bakterii, ale umożliwiają im:
- tworzenie biofilmów,
- pozyskiwanie zasobów,
- wypieranie konkurencji,
- monopolizację środowiska.
Jak zauważa Yao:
Wiele z nich to antybiotyki, które mogą zabijać inne drobnoustroje, lub inne biorą udział w pozyskiwaniu metali – pomagają bakteriom monopolizować zasoby w ich niszy środowiskowej.
Nowe podejście do probiotyków jamy ustnej
Jednym z obiecujących kandydatów do roli probiotyku jest Streptococcus salivarius – bakteria, która naturalnie wspomaga zdrowie jamy ustnej i jest już sprzedawana w formie doustnych suplementów. Ma jednak jedną wadę – nie tworzy trwałych biofilmów, co utrudnia jej skuteczne działanie.
Zhang sugeruje, że poprzez wprowadzenie genów odpowiedzialnych za produkcję kleistych cząsteczek biofilmowych można wzmocnić potencjał S. salivarius jako efektywnego probiotyku:
Naszym przyszłym zadaniem będzie stworzenie szerokiej mapy zbioru tych wyspecjalizowanych metabolitów, aby przyjrzeć się zbiorowo temu, co wytwarza ta dynamiczna, złożona społeczność na twoich zębach.
Próchnica pod lupą genetyków
Choć celem badań jest wspieranie korzystnych bakterii, naukowcy analizują również cząsteczki sprzyjające próchnicy – jeśli okaże się, że niektóre metabolity przyczyniają się do demineralizacji szkliwa, można będzie opracować inhibitory genetyczne lub chemiczne, które zablokują ich produkcję.
Szukamy czegoś, co jest skorelowane z próchnicą, z chorobami. Jeśli pewnego dnia uda nam się udowodnić, że w pewnych warunkach jest to rzeczywiście szkodliwa cząsteczka, której chcemy zapobiegać, możemy opracować inhibitory genetyczne lub chemiczne, które zahamowałyby jej produkcję. Miejmy nadzieję, że bakterie nie będą jej wytwarzać, a próchnica będzie się zmniejszać – tłumaczy Zhang.
Szczotkowanie wciąż nie do zastąpienia
Mimo obiecujących wyników badań, autorzy podkreślają, że na tym etapie szczotkowanie zębów pozostaje najlepszym sposobem walki z biofilmem.
Najlepszym sposobem na usunięcie biofilmu z zębów jest szczotkowanie. Wierzymy, że istnieje lepszy sposób na rozbicie tego biofilmu, ale dopiero zaczynamy rozumieć, jak złożona jest jego struktura w jamie ustnej – dodaje Yao.
👉 Wyniki oraz opis badań znajdziesz pod TYM LINKIEM
Główne wnioski
- Naukowcy z UC Berkeley odkryli klaster genów w bakteriach jamy ustnej, który może wspierać tworzenie silnych biofilmów ochronnych, wypierających bakterie próchnicotwórcze.
- Badania koncentrują się na wykorzystaniu dobrych szczepów, takich jak Streptococcus salivarius, poprzez wzbogacenie ich o cząsteczki klejące i wiążące, co może uczynić je skutecznymi probiotykami.
- Odkryte metabolity, tzw. mutanoklupiny, mogą wpływać na strukturę mikrobiomu i stać się celem terapii genetycznej lub chemicznej w leczeniu próchnicy.
- Mimo postępów, szczotkowanie zębów pozostaje podstawową metodą usuwania biofilmu – badacze dopiero rozpoczynają mapowanie skomplikowanej struktury mikroflory jamy ustnej.
Źródło:
- University of California – Berkeley
- Proceedings of the National Academy of Sciences
