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对牙菌斑生物膜的展望与结论

2018/05/10 中广微生物
展望

    深入地了解牙菌斑生物膜的早期定殖、成熟过程和群落构成对临床实践具有重大意义。干扰或调节生物膜内微生物活动的交流网络,或可起到防止致病菌定殖的作用。对于龋齿口腔疾病,利用变异链球菌的产酸力较低的其他菌株来代替变异链球菌附着到牙釉质上,这些菌株不仅相对无毒(即弱致龋性),而且由于还产生抗变异链球菌的细菌素样抑制活性物质而具有高度竞争性。

    噬菌体(bacteriophage)是一种细菌病毒,具有特异性高、对人体无副作用等优点,目前受到广泛重视。但是,噬菌体是一个独立的生命体,在用作抗菌制剂时的生物安全性受到质疑,并且也会产生抗噬菌体的细菌菌株。因此,研究人员试图利用噬菌体裂解酶(endolysins)进行生物膜控制。噬菌体裂解酶是dsDNA噬菌体在感染细菌后期表达的一种水解酶。与噬菌体相比,噬菌体裂解酶作为一种蛋白质大分子能够杀死病原菌而且不易产生耐药性。尽管噬菌体裂解酶在体内可能会产生相应的抗体,但一些实验发现这些抗体对裂解酶的抗菌能力并没有中和作用。噬菌体裂解酶的优点恰好符合控制牙菌斑生物膜致病菌生长这一要求,并且是在不影响其他微生物(特别是口腔常驻物种和益生菌)生长的前提下。裂解酶在临床应用的安全性和药代动力学特性的实验正在进行,如裂解酶P128已经进入临床Ⅱ期实验,测试其对人类鼻腔携带的金黄色葡萄球菌的杀菌效力。目前,裂解酶作为一种蛋白质的理化性质研究已经成熟,可以对其进行修饰改造,所以噬菌体裂解酶具有成为新型抗菌制剂的潜力。近年来研究者建立的一些动物模型也很好地证明了裂解酶的抗菌活性。但是,由于天然裂解酶具有宿主谱窄、不能裂解革兰阴性菌等缺点,而牙周炎成熟牙菌斑中大部分由革兰阴性菌组成,噬菌体裂解酶的特征似乎使其难以用于牙周炎治疗。然而,噬菌体裂解酶作为一种抗菌制剂,在抑制细菌生长方面有很多优点,如特异性强、裂解能力强、不影响正常菌群、不易产生抗药性、容易获得(噬菌体在自然界的丰度高)、理化性质明确、易于设计改造等,因此可以通过基因工程等手段来增加裂解活性,扩大宿主谱,增加溶解性等。基于噬菌体裂解酶的特征,从修饰改造方面可以使噬菌体裂解酶参与牙菌斑生物膜的控制成为可能,通过修饰改造弥补其不能裂解革兰阴性菌的缺点,运用于牙菌斑生物膜中致病菌的控制。

    牙齿供给微生物定居的非脱落表面,多种微生物及其副产物在健康和疾病牙齿表面生物膜中积累。由于细菌附着特异性较强,使得附着的细菌保持粘附于牙齿表面,即便唾液流动、舌头运动和用水冲洗的机械力也不会使其轻易脱落。深入探索牙菌斑生物膜的形成模式以及生物膜的组成和特征将有助于对牙菌斑中有害细菌的进一步了解,为预防和控制口腔疾病提供有价值的信息。口腔环境中细菌种类繁多,且数量宏大。牙菌斑从最初的仅含有几种微生物的状态,随着口腔其他浮游微生物的特异性黏附,逐渐形成拥有多种微生物的生物膜,发展成成熟的生物膜形态。鉴于生物膜微生物的复杂性及多样性,以及早期生物膜中微生物的生物量较低,初级定殖菌及其附着过程的检测存在较大的难度。近年来,高通量测序技术突破了这一难题,通过检测环境样本即可获得该生境下微生物的元基因组,为研究口腔生物膜提供大量的数据信息。

    口腔各位点的常驻菌群对宿主维持正常生理状态起关键作用,并通过竞争营养物和生态位、生成抑制因子等方式抵御外源性微生物的定殖,以形成较为稳定的微环境,降低生物膜过度堆积和病原菌感染的几率。因此,治疗牙菌斑生物膜疾病应尝试控制而非消除整个菌斑微生物群落。

    综上所述,由于牙菌斑生物膜微生物的复杂性及多样性,与之相关的口腔疾病很难治愈。因此,控制生物膜中菌群的生长成为关键所在,从空间和时间上更加准确地了解牙菌斑生物膜的形成模式,对牙菌斑生物膜结构开展深入研究,在致病菌附着的时间点给予阻断,施加相应的有效措施,将减少口腔疾病的发病率,为相关口腔疾病的预防和治疗提供更多的选择。
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