引起蛀牙的微生物可以形成能够爬行并在牙齿上扩散的超有机体

细菌和真菌之间的跨王国伙伴关系可能导致两者结合形成具有不同寻常的力量和弹性的“超级有机体”。这听起来像科幻小说中的东西，但这些微生物分组是此时此地的重要组成部分。

这些组合存在于患有严重儿童蛀牙的幼儿的唾液中，可以有效地定植牙齿。根据宾夕法尼亚大学牙科医学院科学家领导的研究小组的说法，它们更粘，对抗菌剂更具抵抗力，并且比细菌或真菌更难从牙齿上去除。

更重要的是，这些组合出乎意料地萌发了“四肢”，推动它们“行走”和“跳跃”以迅速在牙齿表面扩散，尽管每个微生物本身都是非运动的，研究小组在《美国国家科学院院刊》上报道。

“这始于一个非常简单，几乎是偶然的发现，同时观察患有侵袭性蛀牙的幼儿的唾液样本，”宾夕法尼亚牙科医学教授，该论文的共同通讯作者Hyun(Michel)Koo说。“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运动：一种'行走式'和'跳跃式'的移动性。他们有很多我们称之为“紧急功能”的东西，为这个组合带来了他们自己无法实现的新好处。它几乎就像一个新的有机体——一个具有新功能的超级有机体。

一起更好(或更坏)

过去，Koo的实验室一直专注于严重蛀牙儿童中存在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 - 都有助于这种疾病。龋齿，通常被称为蛀牙，当饮食中的糖徘徊以喂养口腔中的细菌和真菌时，就会出现，导致产生酸的牙菌斑，破坏牙釉质。

这组新发现是在Koo小组的博士后Zhi Ren使用显微镜使科学家能够实时可视化活微生物的行为时发现的。该技术“为研究复杂生物过程的动力学开辟了新的可能性，”Ren说，他是该论文的第一作者，也是宾夕法尼亚大学创新与精密牙科中心NIDCR T90R90博士后培训计划的第一批人。

在看到唾液样本中存在的细菌真菌簇后，Ren，Koo及其同事很好奇这些分组一旦附着在牙齿表面会如何表现。于是开始了一系列实时实时显微镜实验，以观察附着过程和最终生长。

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，真菌和牙齿状材料，所有这些都在人类唾液中孵育。该平台使研究人员能够观察分组聚集在一起并分析由此产生的组合结构。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称为菌丝的细丝状突起的复杂网络中，所有这些都缠绕在细胞外聚合物(一种胶状材料)中。

接下来，研究小组测试了这些跨王国组合的特性，一旦它们在牙齿表面定植，发现了“令人惊讶的行为和涌现特性，”Ren说，“包括增强表面附着力，使它们非常粘，以及增加机械和抗菌耐受性，使它们难以去除或杀死。

研究人员说，也许这些组合最有趣的特征是它们的机动性。“它们在不断成长的同时表现出'跳跃式'和'行走式'的动作，”任说。

虽然一些细菌可以使用鞭毛等附属物推动自己，但目前研究中的微生物物种都是非运动的。与任何已知的微生物运动不同，这些组合使用真菌菌丝锚定在表面，然后推动整个超有机体向前，将附着的细菌运送到表面，Koo说，“就像细菌搭在真菌上一样。

研究人员发现，微生物群体移动得又快又远。在牙齿状表面上，研究小组测量了每小时超过40微米的速度，类似于成纤维细胞的速度，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。“这是它们自身体长的200多倍，”任正非说，“相对于体型，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向前跳跃约50倍和20倍的体长。

研究人员说，虽然确切的机制尚不清楚，但这些组合“随着生长而移动”的能力有一个明显的后果：它使它们能够迅速殖民并扩散到新的表面。当研究小组允许这些组合在实验室模型中附着在真实的人类牙齿上并生长时，他们发现由于快速扩散的生物膜，蛀牙范围更广。

疾病治疗和生物学

Koo说，因为这些组合是在唾液中发现的，所以尽早靶向它们可能是预防儿童蛀牙的一种治疗策略。“如果你在它到达牙齿并造成损害之前阻止这种结合或破坏组合，这可能是一种预防策略。

研究人员说，除了治疗这种特定疾病的应用之外，新发现可能适用于微生物生物学。例如，在其他生物体液或水生生态系统中发现的聚集生物可能同样增强地表定植和生长，从而导致传染病或环境污染。

“我们看到这两种不同的生物体聚集在一起，形成一个新的有机体实体，为每一个生物体提供了单细胞本身所没有的额外好处和功能，”Koo说。研究小组指出，这些发现甚至可以揭示共生和多细胞的进化，当单个生物在特定环境中作为一个整体团结起来一起工作时，它们会增强它们的生存和生长。

“这种'坏人'超有机体的发现确实是开创性的，出乎意料的，”巴塞尔大学的Knut Drescher说，他是该论文的共同通讯作者。“没有人会预料到这一点。智不小心绊倒了这一点，保持着开放的心态。