Descubierta la forma en la que las bacterias forman comunidades en la lengua

Biofilm bacteriano visto a microscopio electrónico.
Krzysztof A. Zacharski 
CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

Utilizando una técnica de detección de fluorescencia recientemente desarrollada, investigadores en los Estados Unidos han desarrollado mapas de alta resolución de las comunidades microbianas en la lengua humana. Las imágenes, presentadas el 24 de marzo en la revista Cell Reports, revelan que las biopelículas microbianas en la superficie de la lengua tienen una organización espacial compleja y altamente estructurada.

"A partir del análisis detallado de la estructura, podemos hacer inferencias sobre los principios del crecimiento y la organización de la comunidad", dice el autor principal Gary Borisy, del Instituto Forsyth y la Escuela de Medicina Dental de Harvard. "Las bacterias en la lengua son mucho más que una pila aleatoria. Se parecen más a un órgano de nuestros cuerpos".

El microbioma oral humano es un ecosistema complejo. La organización espacial de las comunidades microbianas en la boca se ve afectada por una variedad de factores, que incluyen la temperatura, la humedad, el flujo salival, el pH, el oxígeno y la frecuencia de alteraciones como la abrasión o la higiene bucal. Además, los microbios influyen en sus vecinos al actuar como fuentes y sumideros de metabolitos, nutrientes y moléculas inhibidoras como el peróxido de hidrógeno y los péptidos antimicrobianos. Al ocupar espacio, los microorganismos pueden excluirse físicamente entre sí de los hábitats deseables, pero sus superficies también presentan sitios de unión a los que pueden adherirse otros microorganismos.

Sin embargo, los patrones espaciales han recibido relativamente poca atención en el campo de la ecología microbiana. "Creemos que aprender quién está al lado de quién nos ayudará a entender cómo funcionan estas comunidades", dice la coautora Jessica Mark Welch, ecóloga microbiana en el Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts. "La lengua es particularmente importante porque alberga una gran reserva de microbios y es un punto de referencia tradicional en medicina. Sacar la lengua" es una de las primeras cosas que dice un médico ".

En el nuevo estudio, los investigadores utilizaron una técnica llamada Etiquetado combinatorio e imagen espectral - hibridación fluorescente in situ (CLASI-FISH), que se desarrolló recientemente en el laboratorio Borisy. Esta estrategia implica etiquetar un tipo dado de microorganismo con múltiples fluoróforos, ampliando en gran medida el número de diferentes tipos de microorganismos que pueden identificarse y localizarse simultáneamente en un solo campo de visión.

"Nuestro estudio es novedoso porque nadie antes ha podido observar la biopelícula en la lengua de una manera que distinga todas las diferentes bacterias, para que podamos ver cómo se organizan", dice Borisy. "La mayoría del trabajo previo sobre comunidades bacterianas utilizó enfoques basados en la secuenciación del ADN, pero para obtener la secuencia de ADN, primero debe moler la muestra y extraer el ADN, lo que destruye toda la hermosa estructura espacial que había allí. Las imágenes obtenidas con la técnica CLASI-FISH nos permite preservar la estructura espacial e identificar las bacterias al mismo tiempo ".

Primero, los investigadores utilizaron datos de secuencia analizados para identificar los principales taxones bacterianos contenidos en pequeñas muestras raspadas de las lenguas de 21 participantes sanos. Guiados por el análisis de secuencia, el enfoque del estudio de imagen se dirigió a los principales géneros y especies seleccionadas para obtener una visión integral de la estructura del microbioma. Los investigadores identificaron 17 géneros bacterianos que abundaban en la lengua y estaban presentes en más del 80% de los individuos. Las muestras consistieron en bacterias libres, bacterias unidas a las células epiteliales del huésped y bacterias organizadas en consorcios: biopelículas estructuralmente complejas de múltiples capas.

Los consorcios mostraron irregularidades en la estructura de la comunidad, que consisten en dominios localizados espacialmente dominados por un solo taxón. Aunque variaban en forma, generalmente tenían decenas a cientos de micras de largo y tenían un núcleo de células epiteliales y un perímetro bien definido. Las lenguas de todos los sujetos tenían consorcios que constaban de tres géneros: Actinomyces, Rothia y Streptococcus. Actinomyces aparecía frecuentemente cerca del núcleo, mientras que Rothia a menudo se observaba en grandes parches hacia el exterior del consorcio. Se observó Streptococccus formando una delgada corteza en el exterior de los consorcios y también formaron venas o parches en su interior.

"Colectivamente, nuestros resultados del estudio de imagen a nivel de especie confirman y profundizan nuestra comprensión de la especificidad del hábitat de los jugadores clave y muestran el valor de investigar microbiomas con alta resolución de imágenes e identificación", dice Mark Welch.

Tomados en conjunto, los resultados sugieren un modelo de cómo se generan las comunidades microbianas estructuradas que albergan nuestras lenguas. Primero, las células bacterianas se unen al epitelio de la superficie de la lengua individualmente o en pequeños grupos. Durante el crecimiento de la población, los taxones diferentes se presionan entre sí y proliferan más rápidamente en microambientes que respaldan sus necesidades fisiológicas. Este crecimiento diferencial da como resultado la organización del mosaico del parche observada en estructuras más grandes y maduras.

Las imágenes también revelaron que algunos taxones capaces de reducir los nitratos (Actinomyces, Neisseria, Rothia y Veillonella) son prominentes en los consorcios en la lengua. Esto plantea la posibilidad de que pequeñas protuberancias en la superficie de la lengua humana estén estructuradas para estimular el crecimiento de bacterias que convierten el nitrato salival en nitrito, una función no codificada por el genoma del huésped humano.

Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos.

Fuente de la noticia: Cell Press. "How bacteria form communities on the human tongue." ScienceDaily. ScienceDaily, 24 March 2020.