Selenomonas sputigena fungiert als Pathobiont

In der Studie, die am 22. Mai in Nature Communications erschien, zeigten die WissenschaftlerInnen der Universitäten Pennsylvania und North Carolina, dass S. sputigena, das bisher nur mit Zahnfleischerkrankungen in Verbindung gebracht wurde, als wichtiger Partner von S. mutans fungiert. „Dies war ein unerwarteter Befund, der uns neue Einblicke in die Entstehung von Karies gibt, potenzielle zukünftige Ziele für die Kariesprävention aufzeigt und neue Mechanismen der Bildung von bakteriellem Biofilm aufdeckt, die in anderen klinischen Kontexten relevant sein könnten“, sagte Hyun Koo, Co-Autor der Studie und Professor in der Abteilung für Kieferorthopädie und den Abteilungen für Pädiatrie und kommunale Mundgesundheit.

In früheren Studien zum Plaque-Bakteriengehalt hatten WissenschaftlerInnen neben S. mutans noch eine Reihe anderer Arten bereits identifiziert. Dazu gehören auch Arten von Selenomonas, einer Bakteriengruppe, die bei Zahnfleischerkrankungen häufiger zu finden ist. Die neue Studie ist jedoch die erste, die eine Karies-verursachende Rolle für eine bestimmte Selenomonas-Art identifiziert.

Die Forschenden entnahmen Plaqueproben von 300 Kindern im Alter zwischen drei und fünf Jahren, von denen die Hälfte an Karies litt, und analysierten die Proben. Die Tests umfassten die Sequenzierung der bakteriellen Genaktivität in den Proben, Analysen der biologischen Wege, die diese bakterielle Aktivität impliziert, sowie die direkte mikroskopische Bildgebung. Anschließend validierten die Forscher ihre Ergebnisse an einem weiteren Satz von 116 Plaqueproben von Drei- bis Fünfjährigen.

Die Daten zeigen, dass S. sputigena zwar neben S. mutans nur eine von mehreren mit Karies in Zusammenhang stehenden Bakterienarten in der Plaque ist und selbst keine Karies verursacht, aber die bemerkenswerte Fähigkeit besitzt, mit S. mutans zusammenzuarbeiten, um den Kariesprozess anzukurbeln.

Es ist bekannt, dass S. mutans verfügbaren Zucker nutzt, um klebrige Strukturen namens Glucane aufzubauen, die Teil der schützenden Plaque-Umgebung sind. Die Forscher beobachteten, dass S. sputigena, das über kleine Anhängsel verfügt, die es ihm ermöglichen, sich über Oberflächen zu bewegen, von diesen Glucanen gefangen werden kann. Einmal gefangen, vermehrt sich S. sputigena schnell und nutzt seine eigenen Zellen, um wabenförmige „Überstrukturen“ zu bilden, die S. mutans einkapseln und schützen. Das Ergebnis ist, wie die Forscher anhand von Tiermodellen zeigten, eine stark erhöhte und konzentrierte Säureproduktion, die den Schweregrad der Karies deutlich verschlimmert.

Die Ergebnisse, so Koo, zeigen eine komplexere mikrobielle Interaktion als angenommen und liefern ein besseres Verständnis dafür, wie Karies bei Kindern entsteht – ein Verständnis, das zu besseren Möglichkeiten zur Vorbeugung von Karies führen könnte. „Die Zerstörung dieser schützenden S.-sputigena-Überstrukturen mithilfe spezifischer Enzyme oder präziserer und effektiverer Methoden des Zähneputzens könnte ein Ansatz sein“, sagte Koo.

Die Forscher wollen nun genauer untersuchen, wie dieses anaerobe bewegliche Bakterium in die aerobe Umgebung der Zahnoberfläche gelangt. Koo: „Dieses Phänomen, bei dem ein Bakterium aus einer bestimmten Umgebung in eine neue Umgebung wandert und mit den dort lebenden Bakterien interagiert und diese bemerkenswerten Überstrukturen aufbaut, sollte für Mikrobiologen von großem Interesse sein.“