目前，生物学界对细菌的研究方法主要是将其放在培养皿或试管中，观察其活动及致病机制。然而，这种方法只能粗略地复原细菌活动，其在现实世界中活动的许多关键细节被忽略了。
宾夕法尼亚大学牙科医学院和佐治亚理工学院的研究人员采用平移的方法，对自然环境中导致蛀牙的细菌进行了三维成像，模拟了在受蛀牙影响的幼儿牙齿上形成的被称为牙菌斑的粘性生物膜。
研究发现，变形链球菌(Streptococcus mutans)是导致蛀牙的一种主要细菌，它被包裹在一个由其他细菌和聚合物组成的保护性多层群落中，形成一个与龋齿位置相关的独特空间组织。
这项研究以Spatial mapping of polymicrobial communities reveals a precise biogeography associated with human dental caries(多微生物群落的空间定位揭示了与人类龋病相关的精确生物分布学)为题发表在《美国国家科学院院刊》上。
本文首席作者、宾夕法尼亚州牙科医学家Dongyeop Kim和佐治亚理工大学的联合资深作者Marvin Whiteley从患有严重龋齿的儿童临床患上身上提取牙齿，使用超分辨率共焦显微镜和扫描电子显微镜技术，观察到了牙齿上完整生物膜上变形链球菌和其他微生物的排列。
他们发现，牙菌斑中的变形链球菌常常呈现一种特殊的排列形态：变形链球菌在中心聚集成圆形结构，而其他共生细菌，如口腔链球菌，则形成额外的外层，精确地排列成冠状结构。
不同细菌层之间的支撑和分离，靠的是变形链球菌产生的糖制成的细胞外支架。这种结构有效地包裹和保护住了致病细菌。
为了进一步了解该结构如何导致龋齿，研究小组尝试在实验室中使用变形链球菌、口腔链球菌和糖溶液在牙齿状表面重建天然菌斑的形成，并获得了成功。他们随后在其中测量了与之相关的酸和脱盐水平。
宾夕法尼亚牙科医学院研究员Hyun(Michel)Koo表示，实验结果让他们感到兴奋，因为圆形区域与牙齿釉质表面的脱钙和高酸性完全匹配，这也对应了临床医生在发现龋齿时所看到的“白斑”。
在最后一组实验中，研究小组使用抗菌治疗对圆形结果进行了测试，并观察了细菌的表现。当圆形结构完整时，内核中的变形链球菌在很大程度上避免了因抗菌治疗而死亡。只有将支撑外层的支架材料拆开，才能使抗菌剂穿透并有效地杀死引起空腔的细菌。
这项研究的发现可能有助于研究人员更有效地定位牙科生物膜的致病核心，同时也对其他领域有一定的指导意义。
Koo说：“这表明，微生物群的空间结构可能介导功能和疾病后果，这可能适用于处理多微生物感染的其他医学领域。”
Whiteley补充道：“不仅是那些病原体存在，而是它们的结构告诉你它们引起的疾病。”细菌是高度群居的生物，有朋友和敌人支配它们的行为。”
编译/前瞻经济学人APP资讯组
参考资料：
[1]https://www.sciencedaily.com/releases/2020/05/200518154937.htm
[2]https://www.pnas.org/content/early/2020/05/12/1919099117
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