计算机渲染的牙齿表面细菌分裂图像。当微生物通信"开启"时，与疾病相关的物种会生长（左侧）。中断这种通信（右侧）则促进与健康相关的细菌生长。图片来源：明尼苏达大学
细菌不断进化以求生存。一个主要后果是，许多有害微生物对抗生素和消毒剂产生了耐药性，给医学和公共卫生带来了严峻挑战。但并非所有细菌都是危险的。事实上，许多细菌对维持人体健康至关重要。现在，科学家们正在探索是否有可能影响细菌行为，而不是简单地试图彻底消灭细菌。
在人类口腔内，细菌几乎持续不断地进行交流。大约有700种细菌生活在那里，许多细菌通过一种称为群体感应的过程交换化学信息。其中一些微生物使用称为N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)的信号分子进行交流。
生物科学学院和牙科学院的研究人员着手研究这些细菌信号如何塑造口腔微生物组，以及中断这些信号是否有助于预防有害牙菌斑的积聚，同时保护健康细菌。他们的发现发表在《npj生物膜与微生物组》期刊上，最终可能影响到远超牙科领域的治疗方法。
科学家针对细菌通信
研究团队发现了口腔细菌相互作用的几个重要模式：
- 牙菌斑中的细菌在有氧环境（如牙龈线以上）产生AHL信号，这些信号仍然可以影响厌氧环境（牙龈线下）中的细菌。
- 使用称为内酯酶的特殊酶去除AHL信号，增加了与口腔健康相关的细菌种群。
- 研究结果表明，精心选择的酶可能能够重塑牙菌斑群落，支持更健康的口腔微生物组。
"牙菌斑的发展是有顺序的，很像一个森林生态系统，"生物科学学院副教授、该研究的高级作者Mikael Elias说道。"像链球菌和放线菌这样的先锋物种是简单群落中的初始定居者——它们通常无害，与良好的口腔健康相关。后来定居的、日益多样化的微生物包括像牙龈卟啉单胞菌这样的'红色复合体'细菌，它们与牙周疾病密切相关。通过破坏细菌用于交流的化学信号，可以操控牙菌斑群落，使其保持或回到与健康相关的阶段。"
氧气水平改变细菌行为
研究人员还发现，氧气在决定这些细菌信息如何影响牙菌斑生长方面发挥着出人意料的重要作用。
"特别引人注目的是氧气可用性如何改变一切，"首席作者Rakesh Sikdar说道。"当我们在有氧条件下阻断AHL信号传导时，我们看到了更多与健康相关的细菌。但在厌氧条件下添加AHLs时，我们促进了与疾病相关的后期定植者的生长。群体感应在牙龈线上方和下方可能扮演非常不同的角色，这对我们的牙周疾病治疗方法具有重大意义。"
这一发现表明，细菌通信的工作方式取决于它们在口腔内的具体位置。这一见解可能帮助研究人员设计更有针对性的方法来控制牙周疾病并维持更健康的微生物平衡。
未来治疗方法可保护健康细菌
研究的下一阶段将考察细菌信号在口腔不同区域以及不同阶段牙周疾病患者中的差异。
"了解细菌群落如何交流和组织自身，最终可能为我们提供预防牙周疾病的新工具——不是对所有口腔细菌发动战争，而是战略性地维持健康的微生物平衡，"Elias说道。
研究人员认为，这一策略最终可能扩展到口腔健康以外的领域。被称为微生态失调的微生物组失衡已与体内多种疾病相关联，包括某些癌症。科学家希望这些发现能够为未来引导微生物群落向更健康状态发展的疗法奠定基础，而不是完全消除细菌。
该研究由美国国立卫生研究院提供资金支持。
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