MedZine Blog
11 oktober 2022

Unieke samenwerking tussen micro-organismen op tanden resulteert in ‘superorganisme’

Een recent onderzoek laat zien dat de samenwerking tussen bacteriën en schimmels kan resulteren in de vorming van een ‘superorganisme’. De samenwerking leidde tot nieuwe functionaliteiten waaronder resistentie tegen antimicrobiële middelen. Opvallend was echter de unieke mobiliteit – een ‘springende’ of ‘lopende’ beweging – van de niet-beweeglijke bacteriën als gevolg van de samenwerking met schimmels.

 

Schimmels en bacteriën gaan vaak complexe interacties aan, zo ook bij de vorming van meercellige biofilms in het menselijk lichaam. Een biofilm bestaat uit een slijmlaag (geproduceerd door een micro-organisme), bijeengehouden door een matrix, waardoor clusters van micro-organismen beter in staat zijn om te overleven. Hoe deze biofilms met verschillende micro-organismen ontstaan en samensmelten tot hogere gemeenschappen en welke functies de verschillende soorten micro-organismen hebben is onbekend.

Schimmels en bacteriën

Er werden in speeksel van zieke patiënten met tandbederf in de kindertijd, assemblages van C. albicans (schimmels) en S. mutans (bacteriën) met een sterk gestructureerde rangschikking gevonden. Bacteriële clusters zaten vast aan een netwerk van schimmelgist en schimmeldraden, allemaal verstrikt in een extracellulaire polymere substantie (EPS), een lijmachtig materiaal.

Via live microscopie en (computer) analyse werd de dynamiek van schimmel- en bacterie-interacties in menselijk speeksel en hun biofilmontwikkeling op het tandoppervlak verder onderzocht.

Nieuwe functionaliteiten

De samenwerking tussen bacteriën en schimmels liet nieuwe functionaliteiten zien, waaronder versterkte oppervlaktekolonisatie en groeisnelheid alsook verhoogde tolerantie voor antimicrobiële stoffen, vergeleken met beide soorten alleen. Hierdoor zijn de micro-organismen moeilijker te bestrijden.

Voortbewegend ‘superorganisme’

De bestudeerde micro-organismen zijn normaal niet in staat om zich voort te bewegen. Verdere analyses lieten echter onverwachte en unieke mobiliteit zien van de bacterie-schimmel assemblages; gecoördineerde ‘springende’ of ‘lopende’ bewegingen. Zie voor de motiliteit van dit ‘superorganisme’ ook movie S2 van het onderzoeksartikel.

Samenwerking vereist

Met behulp van mutanten, selectieve inactivatie van micro-organismen, en selectieve verwijdering van de matrix, toonden de onderzoekers aan dat de verhoogde stressbestendigheid en oppervlaktemobiliteit voortkomt uit de exopolymere matrix en de aanwezigheid van beide soorten in de assemblage vereisen.

De mobiliteit wordt gestuurd door schimmelfilamentatie waarbij schimmeldraden zich uitstrekken en contact maken met het tandoppervlak, waardoor de assemblage wordt opgetild met een ‘voorwaarts springende beweging’. Bacteriële celclusters kunnen op deze mobiele eenheid ‘meeliften’ terwijl ze voortdurend groeien, zich driedimensionaal over het oppervlak verspreiden en samensmelten met andere assemblages. Er werden ontzettende grote snelheden bereikt (40 microns per uur) en assemblages konden ‘springen’ over een afstand van 100 microns.

Dit alles bevordert een snelle verspreiding van beide soorten en resulteert in meer tandbederf.

Klinische relevantie

De observaties in dit onderzoek zijn van klinisch belang omdat ze inzicht kunnen geven in het begin van ernstige cariës bij kinderen welke gekenmerkt wordt door snel en agressief verval van het tandglazuur. De gezamenlijke ontwikkeling van het ‘superorganisme’ zou mogelijk therapeutisch kunnen worden benut, bijvoorbeeld door de lokale toepassingen van antischimmelmiddelen of EPS-degraderende enzymen om de verspreiding van de biofilm te blokkeren.

Dergelijk dynamisch, gecoördineerd gedrag tussen micro-organismen kan ook voorkomen in andere biofilmvormende gemeenschappen en verder onderzoek is van belang.

Referentie

  1. Ren Z, et al. PNAS, 2022; https://doi.org/10.1073/pnas.2209699119

Warning: Invalid argument supplied for foreach() in /home/medzineadm/domains/medzine.nl/public_html/wp-content/plugins/oxygen/component-framework/components/classes/code-block.class.php(128) : eval()'d code on line 7