变形链球菌耐氟菌株生物膜状态下糖代谢研究

Dental caries is one of the most common disease in human, which do harm to the health of oral cavity and the body. Caries is initiated by demineralization of the tooth surface through acid production by sugar metabolism of supragingival plaque microflora. Streptococcus mutans is considered one of the primary causative agent of human dental caries. Fluoride is currently the most effective agent to prevent caries. However, the widespread, long-term use of fluoride can result in the emergence of fluoride-resistant S. mutans. The acidogenicity is enhanced in fluoride-resistant strains, but the mechanism is still unclear because of the limitation of research methods..In the present study, fluoride-resistant strains of S. mutans were obtained by in vitro step-by-step induction. we attempt to perform metabolomics of the central carbon metabolism, the EMP pathway, the pentose-phosphate pathway, and the TCA cycle in fluoride-resistant strains and wild-type strains, and to elucidate metabolic regulation of acid production in fluoride-resistant strains through the comparison of metabolite profiles between fluoride-resistant strains and wild-type strains, and to further enrich caries etiology from a bacterial perspective, and to develop more effective and safer caries-preventive reagents and protocols.

龋病是一种危害人类口腔健康和全身健康的常见病、多发病，其始发于牙菌斑糖代谢产酸所致的牙面脱矿，而变形链球菌是公认的龋病致病菌。氟化物是目前使用最广泛的防龋制剂，但随着氟化物的频繁使用，可以导致耐氟菌株的产生。变形链球菌耐氟突变后产酸能力增强。.为了阐明耐氟菌株与亲代菌株糖代谢系统的产酸差异，本研究通过体外诱导获得变形链球菌耐氟菌株，利用代谢组学的研究手段动态分析耐氟菌株悬浮及生物膜状态下中心碳代谢、EMP途径、磷酸戊糖途径以及三羧酸循环的代谢轮廓，探讨耐氟菌株产酸性增强的机制，以进一步丰富龋病的病因学研究，为临床上合理应用氟化物以及防龋研究奠定理论基础。

龋病是在以细菌为主的多种因素影响下，牙体硬组织发生的慢性进行性破坏的一种常见病。变形链球菌是龋病的主要致病菌，其致病特性主要体现在其对牙体硬组织有着高度的粘附能力、拥有很强的产酸能力和耐酸能力。氟化物是目前应用最广泛的防龋制剂，然而有报道认为长期广泛使用氟制剂可导致耐氟菌株的产生。.代谢组是指某一组织或者细胞在一特定生理时期内所有低分子量的代谢产物。代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后系统生物学的另一重要组成部分，也是目前组学领域研究的热点之一。代谢产物是基因表达的最终产物，基因和蛋白表达的微小变化可以在代谢物上得到放大，因此代谢组学技术对理解细胞功能来讲是一种十分重要的功能基因组学技术，因为代谢组直接反应了细胞的生理状态，利用代谢组学技术很有可能去发现细胞新的生化途径并解释其正常的或病理的功能。.由于耐氟菌株不仅能降低局部用氟产生的抑龋效果，而且较亲代菌株更不易被氟化物抑制。耐氟菌株的出现，为氟化物防龋提出了新的问题。研究耐氟菌株的致龋特性，可以前瞻性地了解变形链球菌耐氟突变后致龋毒力的变化。为此本研究拟通过体外逐步诱导的方法诱导变形链球菌UA159产生耐氟菌株，比较耐氟菌株及其亲代菌株的致龋特性，采用代谢组学的方法研究耐氟菌株与其亲代株代谢产物的差异及特点，尤其是糖代谢中间产物的差异及特点，探讨变形链球菌 .耐氟菌株的突变部位及其致病机理，探索防龋靶点，为临床上合理应用氟化物及寻找新的防龋药物提供有力的实验依据。主要研究结果如下：.1、变形链球菌UA159耐氟突变后糖酵解产酸能力增强。在低浓度氟（0.5 mmol/L）存在的情况下，耐氟菌株及其亲代菌株的糖酵解产酸能力均受到一定影响，但仍在牙釉质脱矿的临界pH值5.5以下，而且耐氟菌株所受氟的影响明显比亲代菌株弱。在高浓度氟（5 mmol/L）存在的情况下，耐氟菌株仍能将pH值降至5.2左右，而亲代菌株所降低的pH值最终在6.0以上。若从产酸能力的角度来讲，可以推测在氟存在的情况下耐氟菌株产酸使釉质脱矿的能力比其亲代菌株强。.2、本实验应用代谢组学相关技术对变形链球菌耐氟菌株及其亲代菌株进行了初步摸索。变形链球菌耐氟突变后有14种代谢产物与亲代菌株明显不同，有5种物质得到初步鉴定；在生物膜状态下，耐氟菌株与亲代菌株的差异代谢物达到了32种，共初步鉴定到13种物质。