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Das Kalzium-Problem

Wie Karies verursachende Bakterien im Zahnbelag überleben können

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Extrazelluläre Polysaccharide unterstützen die Überlebensfähigkeit Karies verursachender Bakterien im Zahnbelag, indem sie Kalzium binden.
Extrazelluläre Polysaccharide unterstützen die Überlebensfähigkeit Karies verursachender Bakterien im Zahnbelag, indem sie Kalzium binden. (Bild: Universität Basel)

Extrazelluläre Polysaccharide spielen eine zentrale Rolle, wenn es um die Überlebensfähigkeit von Bakterien im Zahnbelag geht, die Karies auslösen können. Dabei scheint die Bindung von Kalzium in den Biofilmen entscheidend zu sein. Die Forschungsergebnisse erlauben neue Erkenntnisse über die Entstehung von Karies.

Basel/Schweiz – Karies verursachende Bakterien leben in Biofilmen und greifen den Zahnschmelz an, indem sie Zucker und Stärke in Säuren umwandeln, die Kalzium aus dem Zahnschmelz herauslösen. Dieser Prozess kann zur Entstehung von Karies führen. Durch die Auflösung des Kalziums steigt die lokale Kalziumkonzentration, wodurch eine für Bakterien lebensfeindliche Umgebung geschaffen wird. Wie sie trotz dieser Bedingungen im Zahnbelag überleben können, haben Forschende der Klinik für Präventivzahnmedizin und Orale Mikrobiologie und des Departements Biomedical Engineering der Universität Basel in der vorliegenden Studie untersucht.

Die Hypothese der Zahnmediziner war, dass extrazelluläre Polysaccharide, kurz EPS, die Überlebensfähigkeit der Bakterien unterstützen. Dabei handelt es sich um Substanzen, die kariogene Bakterien aus Zuckerrückständen bilden und außerhalb ihrer Zellen anlegen. Sie bilden das Baugerüst des Biofilms und sorgen dafür, dass Bakterien sich im Zahnbelag verankern können.

Extrazelluläre Polysaccharide binden Kalzium im Biofilm

Die Studie zeigt: Je mehr Kalzium kariogene Bakterien abbauen, desto höher ist ihre Kalziumtoleranz und desto besser können sie in Biofilmen überleben. Die Wissenschaftler konnten nachweisen, dass die kariogenen Bakterien Mechanismen entwickeln, die ihnen dabei helfen, die hohe Kalziumkonzentration auszuhalten.

Es wurde gezeigt, dass extrazelluläre Polysaccharide über eine große Anzahl an Kalziumbindestellen verfügen, mit denen sie das herausgelöste Kalzium in den Biofilm einbauen. Der toxische Gehalt wird dadurch neutralisiert und die EPS-Struktur des Biofilms gestärkt.

Neue Erkenntnisse über die Entstehung von Karies

Die Bindung von Kalzium durch die EPS hilft aber nicht nur den kariogenen Bakterien im Zahnschmelz zu überleben, sondern sie führt auch zur Entstehung von Karies. „Indem EPS Kalzium binden, hemmen sie die Remineralisation des Zahnschmelzes, weil dadurch nicht mehr genügend freies Kalzium im Zahnbelag enthalten ist. Diese Entdeckung ist wichtig, um die Kalziumregulation in Karies besser verstehen zu können“, erklärt die Mikrobiologin Monika Astašov-Frauenhoffer.

Originalpublikation: Monika Astašov-Frauenhoffer, Muth M. Varenganayil, Alan W. Decho, Tuomas Waltimo, Olivier Braissant:Exopolysaccharides regulate calcium flow in cariogenic biofilms, PLOS ONE (2017), doi: 10.1371/journal.pone.0186256

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