Біоплівки ротової порожнини
Існує думка, що ротова порожнина (РП) - це найбрудніше місце в усьому організмі людини. З цим твердженням можна посперечатися, але, за підрахунками вчених, в слині і ротової рідини в середньому міститься 10 ^ 9 мікроорганізмів в 1 мілілітрі, а в зубному нальоті - 10 ^ 11 в 1 грамі. Згідно з останніми даними, в роті у людини, яка не страждає на патологіями органів РП, неодномоментно мешкають приблизно 700 видів різних бактерій.
Незважаючи на таке розмаїття мікрофлори, при гарній гігієні і відсутності соматичних та психічних відхилень (таких, як цукровий діабет, СНІД, постійний стрес і багатьох інших) ми живемо в мирі та злагоді з колонізаторами слизових оболонок (СО) нашої ротової порожнини. Прояв наявності тих чи інших бактерій в РП може служити діагностичним ознакою (наприклад, грибкові захворювання СО можуть бути ознакою порушень Т-клітинної ланки імунітету).
Але крім слизових оболонок, мікроорганізми колонізують і поверхню твердих тканин зуба. Як всім відомо, це призводить до карієсу, а при відкладанні візиту до стоматолога і пускання процесу на самоплив - до таких ускладнень, як пульпіти, періодонтити, а в подальшому - утворення гранульом і кіст. Щоб розібратися, хто винен і що робити, необхідно ближче розглянути те, з чого починається будь-який карієс.
Ключовим механізмом виникнення карієсу є утворення зубної бляшки. За своєю суттю, бляшка - це скупчення великої кількості різноманітних бактерій, які споживають і продукують органічні речовини, а крім цього являють собою багатошаровий конгломерат, кожен шар в якому виконує свою власну функцію. Виходить невеликий "місто" або "країна", де є "робочі", які продукують кислоти і вітаміни (стрептококи, корінобактеріі і ін.). є транспортні шляхи, по яких доставляються поживні речовини для різних верств мікросообщества, є "прикордонники", які знаходяться на периферії і захищають наше місто-країну від розвалу під дією зовнішніх чинників (актиноміцети).
Процес утворення бляшки починається відразу після того, як ви почистили зуби. На поверхні емалі утворюється плівка - пелликула, яка складається з компонентів слини і ясенної рідини (альбумінів, імуноглобулінів, амілази і ліпідів). Протягом 2-4 годин бактерії колонізують пелликулу, але вони слабо пов'язані з плівкою і легко видаляються. Якщо за цей час ніхто їм не завадив, вони починають активно рости і розмножуватися, утворювати мікроколонії.
Стрептококи (S. mutans і S. sanguis) першими приходять колонізувати емаль. Вони синтезують з сахарози молочну кислоту, яка сприяє створенню кислого середовища і демінералізації емалі. Бактерії закріплюються в поглибленнях зуба (саме тому найпоширеніший вид карієсу - карієс жувальних поверхонь молярів і премолярів через наявність на них виражених фиссур) і простягають руку допомоги тим, хто сам не здатний закріпитися на емалі. Це явище отримало назву коагрегаціі. Найпоширенішим прикладом є S. mutans, у якого є спеціальні рецептори до адгезії на емалі і який синтезує з сахарози позаклітинні полісахариди, що сприяє зв'язуванню стрептококів між собою і прикріплення до емалі інших бактерій.
У перші 4 години до стрептококів приєднуються вейлонелли, коринебактерії, актиноміцети. Вейлонелли добре ферментують оцтову, пировиноградную і молочну кислоти, тим самим нейтралізуючи каріесогенним дію інших бактерій. Коринебактерії синтезують вітамін К, який стимулює зростання анаеробних бактерій. Актиноміцети утворюють переплітаються нитки і сприяють прикріпленню до емалі інших бактерій, утворюють каркас зубної бляшки, а також продукують кислоти, сприяючи демінералізації емалі.
Перераховані бактерії становлять "ранню" бляшку.
"Динамічна" бляшка, яка формується протягом 4-5 днів, переважно складається з фузобактерій, вейлонел і лактобактерій. Фузобактеріі продукують потужні ферменти і спільно з трепонемами грають роль у розвитку стоматитів. Лактобактерії рясно синтезують молочну та інші кислоти, а також вітаміни В і К.
На 6 день формується зріла зубна бляшка, яка в основному складається з анаеробних паличок і актиноміцет.
Перебуваючи в біоплівки, бактерії починають працювати спільно. Колонії в мікробіоценозе оточені захисним матриксом, який пронизаний каналами і за своєю суттю є тими самими транспортними шляхами, про які говорилося вище. По цих шляхах циркулюють не тільки поживні речовини, але і продукти життєдіяльності, ферменти, метаболіти і кисень.
Мікроорганізми в біоплівки пов'язані між собою не тільки завдяки каркасу - актиноміцетам, але і за допомогою міжклітинних взаємодій. Завдяки своїй спільності, бактерії стають більш стійкими до антибіотиків і захисним системам організму, починають синтезувати невластиві їм речовини і набувати нових форм для підтримки стійкості біоплівки.
У багатоклітинних організмі злагодженість поведінки клітин забезпечується спеціальними системами управління (наприклад, нервовою системою). У групі окремих самостійних організмів таких централізованих систем управління немає, тому узгодженість дій забезпечується іншими способами, в тому числі за допомогою почуття кворуму (ЧК) - здатності бактерій в біоплівки координувати свою поведінку за рахунок секреції молекулярних сигналів.
Вперше ЧК було описано у морській бактерії Photobacterium fisheri. ЧК засноване на сигнальному механізмі, який здійснюється за допомогою виділення бактеріями при високій щільності популяції специфічних хімічних речовин, що взаємодіють з рецепторними регуляторними білками. Системи ЧК оцінюють не тільки щільність популяції, але і інші параметри зовнішнього середовища за допомогою відповідних генних регуляторів. ЧК грає ключову роль в регуляції багатьох метаболічних процесів у мікроорганізмів (біолюмінісценція у морських бактерій, стимуляції росту стрептококів, синтезу антибіотиків і ін).
Деякі недавні дослідження показали, що на додаток до традиційних систем комунікації клітина-до-клітці, таким як почуття кворуму, бактерія може використовувати для комунікації потік електронів. Усередині спільнот бактеріальних біоплёнок іонні канали проводять електричні сигнали великої дальності завдяки просторово розподіляються хвилях калію, який деполяризує сусідні клітини. Поширюючись через біоплівку, ця хвиля деполяризації координує метаболічні стану серед клітин всередині і на периферії біоплівки.
Ця форма електричної комунікації таким чином може посилювати метаболічну співзалежність широкого радіусу в біоплівки. Цікаво, що через швидку дифузії іонів калію у водному середовищі можливо, що навіть фізично роз'єднані біоплівки можуть бути здатні синхронізувати їх метаболічні коливання шляхом подібного обміну іонами калію.