PNAS：口腔中的細菌和真菌還能“跨界組合”，形成的超級有機體會導致蛀牙..._風聞

眾所周知，微生物（細菌、真菌和病毒等）是地球上最豐富、分佈最廣且進化時間最長的生命形式。像細菌，它們通常會定植在各種表面，形成多細胞的結構（生物膜）。同樣，附着在宿主體內或有機體表面的真菌，也會這麼做。現在，科學家們發現，細菌和真菌這兩類微生物之間還能“跨界合作”，並在口腔內形成具有更強大破壞力量的多細胞生物膜。

近日，發表在《美國國家科學院院刊（PNAS）》上的一項新研究中，來自賓夕法尼亞大學牙科醫學院的研究團隊首次發現，細菌-真菌跨界組合表現出了特殊的緊急功能，包括增強的表面定植能力和生長速率、對抗菌劑的更強耐受性，以及抗剪切性。不僅如此，跨界組合還能以更快的速度擴散，從而導致更嚴重的口腔疾病。

齲齒（蛀牙）是人類最普遍的口腔疾病之一，主要是由於飲食中的糖滯留在口腔中滋養了細菌和真菌導致產生酸性的牙菌斑，進而破壞了牙釉質。真菌白色念珠菌（Candida albicans）和細菌變形鏈球菌（Streptococcus mutans）是導致蛀牙的主要病原菌。蛀牙在兒童中極為常見。

這項研究正是始於一次在嚴重蛀牙患兒口腔中的意外發現。

當研究人員在顯微鏡下觀察蛀牙患兒的唾液樣本時，發現細菌和真菌結合不僅形成了一種超級有機體，還發展出了以前從未觀察到過的行為：類似“行走”’和‘跳躍’一樣移動。特殊的“緊急功能”給這個跨界組合帶來了它們自己單獨無法實現的新技能。研究人員表示，這幾乎就是一個具有新功能的超級有機體。

隨後，為了更詳細地研究變形鏈球菌和白色念珠菌的組合，他們開發了一個實驗模型，使用這兩種微生物在37°C的人唾液中培養，然後用羥基磷灰石模擬牙齒表面，以重建細菌-真菌跨界組合。

研究人員發現，浮游的白色念珠菌和變形鏈球菌可以共同組合形成與患兒唾液中天然存在的結構相似的特徵，即真菌及其菌絲、細菌簇與一種與蛀牙相關的細胞外多糖α-葡聚糖交織在一起。所有這些都纏繞在細胞外聚合物中。

當這些跨界組合在牙齒表面定植後，研究人員測試了其特性，並發現了它們令人驚訝的行為和突發性功能，包括增強的表面粘附性、機械性和抗菌劑耐受性，從而使它們更難以被殺滅。重要的是，細菌-真菌跨界組合具有非比尋常的移動性。他們在不斷生長的同時，還表現出“跳躍”和“行走”式的動作。

雖然一些細菌可以利用鞭毛等附屬物推動自己移動，但這項研究中的變形鏈球菌本身是不運動的。與任何已知微生物的運動不同，跨界組合利用真菌菌絲錨定在牙齒表面，然後推動整個超級有機體前進，從而將附着的細菌運送過表面。這就好像是細菌搭上真菌的“便車”。

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而且，它們還會生長，並沿移動方向發展出不斷變化的方向性，然後與其他已形成的跨界組合融合在一起，從而促進羣落不斷擴張。

不僅如此，這種超級有機體移動的速度非常快。在類似牙齒的表面上，它們的移動速度能超過每小時40微米，這與人體內參與傷口癒合的成纖維細胞的移動速度相當。

具體而言，在生長的最初幾個小時內，研究人員觀察到跨界組合在類似牙齒的表面上“跳躍”了100多微米。這是它們自身體長度的200多倍。就體型而言，它們甚至比大多數脊椎動物的跳躍能力都強。例如，樹蛙的跳躍能力是自身體長的50倍；蚱蜢的跳躍能力是自身體長20倍。

該團隊表示，雖然還不清楚確切的機制，但細菌-真菌跨界組合在生長過程中移動的能力產生了一個明確的後果：它們能在表面迅速定植並擴散到新的表面。

當研究人員在實驗室模型中讓這些跨界組合附着在真正的人類牙齒上並在其上生長時，超級有機體的快速擴散，導致了更廣泛的蛀牙。

由於這些超級有機體存在於人類唾液中，因此在到達牙齒並造成損傷之前阻止它們結合或能破壞這種跨界組合，這可能是一種預防蛀牙的策略。

該團隊表示，除了應用於治療特定口腔疾病外，這些發現可能還適用於一般的微生物生物學。例如，在其他生物體液或水生生態系統中發現的聚集生物可能同樣會促進表面的定植和生長，從而引起傳染病或環境污染。

總之，該研究揭示了人類唾液中的細菌-真菌跨界組合，其行為類似於超級有機體，具有引起疾病的緊急功能。它們中的任一單一物種都不具備這樣的能力。

論文鏈接：

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2209699119