Las bacterias que causan la caries reúnen un ejército de microbios protectores en los dientes humanos
Investigadores de la Universidad de Pensilvania descubrieron que la bacteria responsable de la caries dental se «escuda» bajo capas de azúcares y otras bacterias en forma de corona, ayudándola evadir los antimicrobianos y concentrar sus ácidos que dañan los dientes. Crédito: Dongyeop Kim
El estudio de las bacterias en una placa de Petri o en un tubo de ensayo ha permitido comprender cómo funcionan y, en algunos casos, cómo contribuyen a la aparición de enfermedades. Pero este enfoque omite detalles cruciales sobre cómo actúan las bacterias en el mundo real.
Con un enfoque traslacional, los investigadores de la Facultad de Medicina Dental de la Universidad de Pensilvania y el Instituto de Tecnología de Georgia obtuvieron imágenes tridimensionales de las bacterias que causan caries en su entorno natural, la biopelícula pegajosa conocida como placa dental que se forma en los niños pequeños. dientes afectados por caries.
El trabajo, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, encontró que Streptococcus mutans, una de las principales especies bacterianas responsables de la caries dental, está encerrada en una comunidad protectora de múltiples capas de otras bacterias y polímeros que forman una organización espacial única asociada con la ubicación del inicio de la enfermedad.
«Comenzamos con estas muestras clínicas, extrajimos dientes de niños con caries severa», dice Hyun (Michel) Koo de Penn Dental Medicine, coautor principal del trabajo. «La pregunta que surgió en nuestras mentes fue cómo se organizan estas bacterias y si su arquitectura específica puede informarnos sobre la enfermedad que causan».
Para abordar esta pregunta, los investigadores, incluido el autor principal Dongyeop Kim de Penn Dental Medicine y el coautor principal Marvin Whiteley de Georgia Tech, utilizaron una combinación de microscopía electrónica de barrido y confocal de súper resolución con análisis computacional para diseccionar la disposición de S. mutans y otros microbios de la biopelícula intacta en los dientes. Estas técnicas permitieron al equipo examinar la biopelícula capa por capa, obteniendo una imagen tridimensional de las arquitecturas específicas.
Este enfoque, de comprender las ubicaciones y los patrones de las bacterias, es uno que Whiteley ha perseguido en otras enfermedades.
«Está claro que identificar los constituyentes del microbioma humano no es suficiente para comprender su impacto en la salud humana», dice Whiteley. «También tenemos que saber cómo están organizados espacialmente. Esto está muy poco estudiado, ya que es difícil obtener muestras intactas que mantengan la estructura espacial».
En el trabajo actual, los investigadores descubrieron que S. mutans en dientes la placa aparecía con mayor frecuencia de una manera particular: dispuesta en un montículo contra la superficie del diente. Pero no estaba solo. Mientras que S. mutans formó el núcleo interno de la arquitectura rotunda, otras bacterias comensales, como S. oralis, formaron capas externas adicionales dispuestas con precisión en una estructura en forma de corona. Sosteniendo y separando estas capas había un andamiaje extracelular hecho de azúcares producidos por S. mutans, que encerraba y protegía de manera efectiva a las bacterias causantes de enfermedades.
«Encontramos esta comunidad altamente ordenada con una acumulación densa de S. mutans en el medio rodeado por estos ‘halos’ de diferentes bacterias, y se preguntó cómo esto podría causar caries», dice Koo. «
Para obtener más información sobre cómo la estructura afecta la función de la biopelícula, el equipo de investigación intentó recrear las formaciones naturales de placa en una superficie similar a un diente en el laboratorio usando S. mutans, S. oralis y un azúcar Hicieron crecer con éxito una arquitectura con forma redonda y luego midieron los niveles de ácido y desmineralización asociados con ellos.
«Lo que descubrimos, y lo que nos emocionó, es que las áreas redondas encajaban perfectamente con las áreas desmineralizadas». y altos niveles de ácido en la superficie del esmalte”, dice Koo. “Esto refleja lo que los médicos ven cuando encuentran caries dental: áreas punteadas de descalcificación conocidas como ‘puntos blancos’. La estructura en forma de cúpula podría explicar cómo se inician las caries».
En un conjunto final de experimentos, el equipo puso a prueba a la comunidad rotunda, aplicando un tratamiento antimicrobiano y observando cómo les iba a las bacterias. estructuras estaban intactas, el S. mutans en el núcleo interno evitó en gran medida morir a causa del tratamiento antimicrobiano. Solo romper el material de andamiaje que mantiene unidas las capas externas permitió que el antimicrobiano penetrara y matara efectivamente a las bacterias que causan las caries.
Los hallazgos del estudio pueden ayudar a los investigadores a identificar de manera más efectiva el núcleo patógeno de las biopelículas dentales, pero también tienen implicaciones para otros campos.
«Demuestra que la estructura espacial del microbioma puede mediar en la función y el resultado de la enfermedad, lo que podría ser aplicable a otros campos médicos que se ocupan de las infecciones polimicrobianas», dice Koo.
«No es solo qué patógenos hay, sino cómo están estructurados lo que le informa sobre la enfermedad que causan», añade Whiteley. «Las bacterias son criaturas muy sociales y tienen amigos y enemigos que dictan su comportamiento».
El campo de la biogeografía microbiana es joven, dicen los investigadores, pero ampliar esta demostración que vincula la estructura de la comunidad con el inicio de la enfermedad abre un nuevo campo amplia gama de posibilidades para futuros conocimientos médicos relevantes.
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Investigadores descubren el papel de los hongos en la salud dental de la primera infancia Más información: Dongyeop Kim el al., «El mapeo espacial de comunidades polimicrobianas revela una biogeografía precisa asociada con la caries dental humana , PNAS (2020). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1919099117 Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por la Universidad de Pensilvania Cita: Las bacterias que causan caries reúnen un ejército de microbios protectores en los dientes humanos (18 de mayo de 2020) consultado el 31 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/2020-05-cavity-causing-bacteria-army-microbes-human. html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.