Ensamblaje entre reinos: hongos y bacterias | 11 OCT 22

Superorganismos en la saliva humana

Los microbios que causan las caries pueden formar superorganismos capaces de "arrastrarse" y propagarse en los dientes

Los ensamblajes entre reinos en la saliva humana muestran movilidad superficial a nivel de grupo y funciones emergentes que promueven enfermedades. Estos ensamblajes multicelulares entre reinos fueron más resistentes a los antimicrobianos y a la eliminación, y causaron caries dentales más extensas que sus equivalentes de una sola especie, según una investigación dirigida por científicos de la Universidad de Pensilvania.

Significado

Los hongos y las bacterias forman biopelículas multicelulares que causan muchas infecciones humanas. Sigue sin estudiarse cómo estos microbios distintivos actúan en conjunto espaciotemporalmente para coordinar la funcionalidad que promueve la enfermedad. Usando microscopía multiescala en tiempo real y análisis computacional, investigamos la dinámica de las interacciones fúngicas y bacterianas en la saliva humana y su desarrollo de biopelículas en las superficies dentales. Descubrimos conjuntos estructurados entre reinos que muestran funcionalidades emergentes para mejorar la colonización, la supervivencia y el crecimiento de la superficie colectiva.

Análisis posteriores revelaron una movilidad superficial inesperada a nivel de grupo con movimientos coordinados de "salto" y "caminar" mientras crecían continuamente. Estos grupos móviles de células en crecimiento promueven una rápida propagación espacial de ambas especies a través de las superficies, lo que provoca una caries dental más extensa. Nuestros hallazgos muestran ensamblajes multicelulares entre reinos que actúan como supraorganismos con funcionalidades que no se pueden lograr sin el co-ensamblaje.

Resumen

Los hongos y las bacterias a menudo participan en interacciones complejas, como la formación de biopelículas multicelulares dentro del cuerpo humano. El conocimiento sobre cómo se inician y fusionan las biopelículas entre reinos en comunidades de nivel superior y qué funciones llevan a cabo las diferentes especies durante la formación de biopelículas sigue siendo limitado. Encontramos ensamblajes en estado nativo de Candida albicans (hongos) y Streptococcus mutans (bacterias) con disposición altamente estructurada en la saliva de pacientes enfermos con caries infantil.

Análisis posteriores revelaron que los grupos bacterianos están unidos dentro de una red de levaduras fúngicas, hifas y exopolisacáridos, que se unen a las superficies como un grupo celular preensamblado. Los ensamblajes entre reinos exhiben funciones emergentes, que incluyen una mayor tasa de crecimiento y colonización de la superficie, una mayor tolerancia a los antimicrobianos y una mejor resistencia al corte, en comparación con cualquiera de las especies solas. En particular, descubrimos que los ensamblajes entre reinos muestran una forma única de movilidad espacial migratoria que permite la rápida propagación de biopelículas a través de las superficies y provoca una caries dental mejorada y más extensa.

Mediante el uso de mutantes, la inactivación selectiva de especies y la eliminación selectiva de la matriz, demostramos que la mayor resistencia al estrés y la movilidad de la superficie surgen de la matriz exopolimérica y requieren la presencia de ambas especies en el ensamblaje. La movilidad está dirigida por la filamentación fúngica a medida que las hifas se extienden y entran en contacto con la superficie, levantando el ensamblaje con un "movimiento de salto hacia adelante".

Los grupos de células bacterianas pueden "hacer autostop" en esta unidad móvil mientras crecen continuamente, para extenderse tridimensionalmente por la superficie y fusionarse con otros ensamblajes, promoviendo la expansión de la comunidad. Juntos, nuestros resultados revelan un ensamblaje entre reinos en la saliva humana que se comporta como un supraorganismo, con funcionalidades emergentes que causan enfermedades que no se pueden lograr sin el co-ensamblaje.


Comentarios

Una asociación a través del reino entre bacterias y hongos puede resultar en que los dos se unan para formar un "superorganismo" con una fuerza y ​​resistencia inusuales. Puede sonar como material de ciencia ficción, pero estas agrupaciones microbianas son una gran parte del aquí y ahora.

Estos ensamblajes, que se encuentran en la saliva de los niños pequeños con caries infantil grave, pueden colonizar eficazmente los dientes. Eran más pegajosos, más resistentes a los antimicrobianos y más difíciles de eliminar de los dientes que las bacterias o los hongos solos, según el equipo de investigación, dirigido por científicos de la Facultad de Medicina Dental de la Universidad de Pensilvania.

Lo que es más, de los ensamblajes brotan inesperadamente "extremidades" que los impulsan a "caminar" y "saltar" para propagarse rápidamente en la superficie del diente, a pesar de que cada microbio por sí solo no tiene movilidad, informó el equipo en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Esto comenzó con un descubrimiento muy simple, casi accidental, mientras observaba muestras de saliva de niños pequeños que desarrollaron caries dentales agresivas”, dice Hyun (Michel) Koo, profesor de Penn Dental Medicine y coautor del artículo. “Mirando bajo el microscopio, notamos que las bacterias y los hongos formaban estos ensamblajes y desarrollaban movimientos que nunca pensamos que tendrían: una movilidad similar a caminar y saltar. Tienen muchas de las que llamamos "funciones emergentes" que aportan nuevos beneficios a este conjunto que no podrían lograr por sí solos. Es casi como un nuevo organismo, un superorganismo, con nuevas funciones”.


Los ensamblajes entre reinos en la saliva humana se comportan como supraorganismos con nuevas funcionalidades y actividad promotora de enfermedades. 1) C. albicans y S. mutans se ensamblan en grupos de células estructuradas en la saliva humana, que son notablemente similares a los agregados nativos entre reinos que se encuentran en la saliva intacta de pacientes enfermos. 2) Las bacterias y los hongos colonizan colectivamente la superficie como un grupo celular estructurado con mayor afinidad de unión. 3) El ensamblaje muestra una mayor tolerancia al esfuerzo cortante y a los antimicrobianos. 4) Los ensamblajes se comportan como unidades únicas que crecen más rápido que los agregados de una sola especie, extendiéndose tridimensionalmente y fusionándose entre sí, lo que da como resultado una alta cobertura superficial. 5) Los ensamblajes entre reinos muestran un modo novedoso de movilidad a nivel de grupo migratorio con movimientos hacia adelante y un mecanismo de crecimiento autostop durante la iniciación del biofilm que permite que las bacterias inmóviles se reubiquen después de la colonización de la superficie, lo que promueve la expansión espacial del biofilm en la superficie. 6) Los ensamblajes entre reinos causan daños extensos y severos en la superficie del esmalte dental.

 

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