Streptococcus mutans: мікроб карієсу, якого годує цукор

Streptococcus mutans — грампозитивна, цукрозброджувальна, кислотостійка бактерія, яка живе в нальоті на людських зубах і є найкраще вивченою причиною карієсу. В одному цьому реченні вміщено століття доказів, тож дозвольте його розгорнути — і сказати вголос, де ці докази рідшають.

Що це таке

У 1924 році бактеріолог Дж. К. Кларк виростив стрептокока з ураженого карієсом зуба і назвав його mutans, бо його овальні клітини здалися йому мутантною формою стрептокока ²⁷. Видова назва тримається відтоді; рухалося все навколо неї. Групу, яку колись звали «серотипами S. mutans», порівняння ДНК розділило на окремі види — усього чотири, два з них поширені в людей, плюс три, що живуть у тварин ⁶. Назву S. mutans зберегли тільки серотипи c, e і f; четвертий, серотип k, додали пізніше ¹¹. А у 2021 році тип, до якого він належить, офіційно перейменували з Firmicutes на Bacillota ¹⁴ — тож якщо старіший підручник підшиває його до Firmicutes, це той самий організм, а не інший.

Де він живе

Йому потрібна тверда поверхня, яка не злущується. Саме тому новонароджені, які не мають зубів, його не носять. Кофілд із колегами стежили за 46 парами «мати — дитина» від народження і побачили, що мутансові стрептококи — група, яку цей вид очолює, — приходять у медіанному віці 26 місяців ⁴: чітке «вікно заразності», яке відчиняється, щойно з'являються зуби, на яких можна жити. Восьмеро дітей, 17 % групи, у медіанному віці 56 місяців усе ще були вільні від нього ⁴. Найімовірніше джерело — роти дорослих, які годують і цілують малюка: серед дітей, ще не заселених у віці від року до двох, половину доглядав хтось інший, а не мати, тоді як кожну дитину цього віку, яка вже мала карієс, доглядала мати ⁴.

Оселившись, він сидить у біоплівці нальоту й обирає захищені місця: у міжзубному нальоті дітей серотип c — поширений людський тип — становив 70 % підрахованих клітин трохи нижче від точки, де два зуби торкаються, і 39 % у нальоті осторонь від цього контакту ¹³. Його так само часто знаходили на поверхнях зубів, де карієсу не було зовсім ¹³ — запам'ятайте це на потім.

Він може покидати рот. Бактерії з рота потрапляють у кровотік — це бактеріємія, — і S. mutans є визнаною причиною інфекційного ендокардиту, запалення серцевих клапанів ²¹¹. Зокрема штами серотипу k виявляли за аналізом ДНК із високою частотою у зразках уражених серцевих клапанів; вони довше виживають у крові, бо за їхню поверхню антитілам важче вхопитися ¹¹.

Як він працює — механізм

Три вміння, по черзі.

Перше — клей. Коли надходить столовий цукор, сахароза, ферменти на поверхні бактерії, глюкозилтрансферази, розщеплюють його і зшивають глюкозні половинки в довгі липкі ланцюги, глюкани. Ці ланцюги — риштування нальоту: вони прикріплюють бактерію до зуба і замикають сусідів разом із нею ². Немає сахарози — немає клею.

Друге — кислота. Бактерія зброджує цукри до молочної кислоти. Наскільки серйозно вона до цього ставиться, видно з послідовності геному: штам UA159 несе 2 030 936 пар основ і 1 963 відкриті рамки зчитування, тобто передбачені гени, і майже 15 % цього геному йде на затягування різних цукрів усередину клітини ³. Коли кислота штовхає наліт нижче за «критичний pH», який зазвичай наводять як близько 5,5, кальцій-фосфатний мінерал емалі починає розчинятися ⁵. Довс наголошує на важливому: це число не стале — критичний pH піднімається чи опускається залежно від того, скільки кальцію й фосфату є в рідині довкола зуба ⁵. Саме тому крейдяста рання біла пляма здатна ремінералізуватися, коли кислота припиняється і слина повертає мінерал ⁵.

Третє — витривалість. Більшість бактерій рота в такій кислоті перестають рости. S. mutans веде своє далі — він не лише утворює кислоту, а й терпить її, — тож кожне надходження цукру ще трохи перехиляє спільноту в бік видів, які кислоту переживають ¹². Льоше виклав це ще 1986 року: що частіше приходить цукор, то частіше падає pH, то більше біоплівка наповнюється кислототворцями, то більше мінералу покидає зуб ¹.

Проти нас

Карієс — очевидна шкода, і масштаб її немалий. Аналіз Global Burden of Disease за 2017 рік нарахував 2,3 мільярда людей із нелікованим карієсом постійних зубів і 532 мільйони дітей із нелікованим карієсом молочних ¹². Одне застереження, сказане прямо: це підрахунки карієсу, а не підрахунки цієї бактерії. У хвороби є й інші рушії — частота цукру, слина, фтор, доступ до допомоги — та інші бактерії. У дослідженні з секвенуванням 2012 року в малих дітей S. mutans панував у багатьох ротах із карієсом, але не в усіх; у деяких кислотне навантаження несли S. sobrinus, S. salivarius і S. parasanguinis майже або й зовсім без присутнього S. mutans ⁹.

Поза зубами дві шкоди задокументовані, а одна вивчається. Ендокардит задокументований ²¹¹. Бактеріємія задокументована ¹¹. Третє — мозок. Накано з колегами показали 2011 року, що штами з білком, який зв'язує колаген, посилювали крововилив у мозок у мишей, накопичувалися в ушкодженій половині мозку і частіше виявлялися в пацієнтів із геморагічним інсультом, ніж у групі порівняння ¹⁰. Це механізм у мишей плюс зв'язок у людей. Це не доказ, що бактерія спричиняє інсульти в людей; самі автори називають її можливим чинником ризику.

Для нас

Я шукав назване дослідження, яке показало б, що Streptococcus mutans робить щось добре для людини, яка його носить. Я не знайшов і не збираюся його вигадувати.

Те, що література справді підтримує, вужче. У врівноваженій спільноті нальоту, у малій кількості, він нешкідливий мешканець — його часто знаходили на здорових поверхнях зубів у дослідженні Бабаахмаді 1998 року ¹³, а аналіз спільноти 2012 року виявив, що при карієсі бактеріальне різноманіття знижене порівняно зі здоров'ям, і кілька видів зникають у міру поглиблення карієсу ⁹. Він також виробляє бактеріоцини під назвою мутацини, які пригнічують конкурентних стрептококів на кшталт S. sanguinis; той відповідає перекисом водню, і досліди Крета 2005 року показали, що ці двоє можуть співіснувати, коли приходять разом, і виключають одне одного, коли хтось приходить першим ⁸. Ця рівновага справжня, але це користь для власної ніші бактерії. Чи захищає вона вас — ніхто не показав.

Чому це важливо

Механізм дає вам важіль. Бактерія не зробить свого клею без столового цукру, сахарози, і не втримає pH унизу — тобто не збереже наліт кислим — без частого цукру ¹². Рамка Льоше 1986 року стоїть і досі: екологія нальоту — те, які види там процвітають — іде за харчуванням, і перемагає той вид, який ви годуєте ¹. Що з цим робити і що цей сайт може чесно сказати про будь-який продукт, який обіцяє це зрушити, — згодом, після того як докази перевірять люди, чия це робота.