PNAS：导致蛀牙的微生物可以形成超级有机体，能够“爬行”并在牙齿上传播

宾夕法尼亚大学牙科医学院的研究人员及其同事发现，导致儿童严重蛀牙的细菌和真菌共同形成了具有意想不到特性的“超级有机体”。跨王国的群体对抗菌素和物理清除的抵抗力比任何一个物种都强，它们长出“肢体”作为一个群体移动，并在牙齿上迅速传播。

　　

细菌和真菌之间的跨界伙伴关系可以导致两者结合形成一个具有不同寻常的力量和韧性的“超级有机体”。这听起来可能像科幻小说里的东西，但这些微生物群是此时此地非常重要的一部分。

在患有严重蛀牙的幼儿的唾液中发现的这些组合可以有效地在牙齿上定植。宾夕法尼亚大学牙科医学院的科学家领导的研究团队称，它们更粘，更耐抗生素，比单独的细菌或真菌更难从牙齿中清除。

此外，该团队在《美国国家科学院院刊》上报告称，尽管每种微生物本身是不活动的，但这些组合出人意料地长出了“四肢”，推动它们“行走”和“跳跃”，并迅速在牙齿表面扩散。

宾夕法尼亚大学牙科医学教授、论文的共同通讯作者Hyun (Michel) Koo说:“这始于一个非常简单、几乎是偶然的发现，当时我们观察了患有严重蛀牙的幼儿的唾液样本。”“在显微镜下观察，我们注意到细菌和真菌形成了这些组合，并发展出我们从未想过它们会拥有的动作:‘像行走’和‘像跳跃’的流动性。”它们有很多我们称为“紧急功能”的东西，这些功能给这个组合带来了它们自己无法实现的新好处。它几乎就像一个具有新功能的新生物——超级生物。”

一起更好(或更坏)

在过去，辜朝明的实验室一直专注于严重蛀牙儿童的牙齿生物膜或牙菌斑，发现细菌——变形链球菌和真菌——白色念珠菌——都是导致这种疾病的原因。龋齿，通常被称为蛀牙，当饮食中的糖残留在口腔中滋养细菌和真菌时，就会产生酸性牙菌斑，破坏牙釉质。

这一系列新的发现来自于古永锵团队的博士后仁之(音译)，他使用显微镜技术使科学家能够实时可视化活微生物的行为。该技术“为研究复杂生物过程的动力学打开了新的可能性，”任说，他是这篇论文的第一作者，也是宾夕法尼亚大学创新与精密牙科中心NIDCR T90R90博士后培训项目的第一批成员。

在看到唾液样本中出现的细菌-真菌簇后，Ren, Koo和同事们很好奇这些群附着在牙齿表面后会如何表现。因此开始了一系列的实验，使用实时实时显微镜观察附着和最终生长的过程。

他们创建了一个实验室系统来重现这些组合的形成，使用细菌、真菌和一种类似牙齿的材料，所有这些都在人类唾液中孵化。该平台使研究人员能够观察到这些组聚集在一起，并分析产生的组合的结构。他们发现了一种高度组织的结构，细菌簇附着在真菌酵母和被称为菌丝的丝状突起组成的复杂网络中，所有这些都包围在细胞外聚合物中，这是一种胶水状的物质。

接着，研究小组测试了这些跨王国组合在牙齿表面的特性，发现了“令人惊讶的行为和突发性特性，”任说，“包括增强的表面粘附性，使它们非常粘性，增加了机械和抗菌耐药性，使它们难以移除或杀死。”

研究人员说，也许这些组合最有趣的特征是它们的流动性。任说:“它们在不断生长的同时，还表现出‘跳跃式’和‘行走式’的动作。”

虽然有些细菌可以利用鞭毛等附属物推进自己，但目前研究中的微生物物种都是不能动的。与任何已知的微生物运动不同的是，这些组合利用真菌菌丝固定在表面，然后推动整个超级有机体向前，运输附着的细菌穿过表面，Koo说，“就像细菌搭便车在真菌上。”

研究人员发现，微生物群移动得又快又远。在类似牙齿的表面上，研究小组测量到的速度超过每小时40微米，与成纤维细胞的速度相似，成纤维细胞是人体中参与伤口愈合的一种细胞。在生长的最初几个小时内，科学家们观察到这些组合在表面“跳跃”了100多微米。“这是它们体长的200多倍，”任说，“就体型而言，它们甚至比大多数脊椎动物都要好。例如，树蛙和蚱蜢可以分别跳跃50倍和20倍自己的体长。”

尽管确切的机制尚不清楚，但研究人员说，这些组合“随生长而移动”的能力有一个明显的后果:它使它们能够快速地在新的表面上定居和扩散。当研究团队在实验室模型中让这些组合附着在真正的人类牙齿上并在其上生长时，他们发现，由于生物膜的快速扩散，蛀牙范围更广。

疾病治疗和生物学

因为这些组合存在于唾液中，所以早期针对它们可能是一种预防儿童蛀牙的治疗策略，Koo说。“如果你在它到达牙齿并造成损伤之前阻止这种结合或破坏它的组合，这可能是一种预防策略。”

研究人员说，除了应用于治疗这种特定疾病之外，新发现可能还适用于一般的微生物生物学。例如，在其他生物液体或水生生态系统中发现的聚集生物也可能同样促进表面的定植和生长，从而引起传染病或环境污染。

古永锵说:“我们看到这两种截然不同的有机体组合在一起，成为一个新的有机体实体，赋予了每一个单独细胞所没有的额外的好处和功能。”研究小组指出，这些发现甚至可以解释互惠共生和多细胞生物的进化，当它们在给定的环境中团结起来并作为一个单位一起工作时，它们可以增强单个生物的生存和生长。

巴塞尔大学的克努特·德雷舍尔(Knut Drescher)是这篇论文的共同通讯作者，他说:“这个‘坏人’超级有机体的发现真的是突破性的，而且是出乎意料的。”“没有人会预测到这一点。智在保持开放的心态时，偶然发现了这一点。”

文章标题

Interkingdom assemblages in human saliva display group-level surface mobility and disease-promoting emergent functions