luxS密度感应调控在多菌种生物膜形成过程的研究初探

Oral microbial community is one of the most optimal biofilm model to study the interspecies communication. Bacteria in biofilm coordinate their physiological behavior through quorum sensing autoinducer-2 (AI-2). The molecule signal AI-2 mediated by quorum sensing regulatory gene (luxS gene) serve as a universal signal for many kinds of bacteria interspecies communication. In this research, mutant strains of a series of oral bacteria including Streptococcus mutans are constructed (the S.mutans luxS knockout strain was already constructed). The main cariogenic bacteria S.mutans wild type and two kinds of mutant strains culture with other typical oral bacteria strains (including wild type and two mutant strains) in vitro. During the process of biofilm formation, we compare their differences in all aspects including morphological structure, biochemistry, physiology and molecular biology to understand the effect of quorum sensing regulating gene in oral microorganism community biofilm. We also study the role of this gene replying to different environment stress and analyze all kinds of metabolic product during biofilm formation to investigate the quorum sensing regulating mechanism in microorganism community biofilm formation. This will help to inhibit biofilm infections,reduce the incidence ofcaries, to deepen the study on etiology of dental caries, lay the foundation for ecological prevention of caries.

口腔微生物群落是研究种群间相互作用的最理想的生物膜模型之一，生物膜内的细菌通过密度感应信号分子协调种群生物学行为，由密度感应调控基因(以luxS基因为主)介导的信号分子AI-2调控不同种属细菌种群间的交流。在本课题中，构建以变异链球菌为代表的一系列常见口腔细菌的luxS密度感应调控基因缺陷突变株和高表达突变株，将主要致龋菌变异链球菌的野生株及两种突变株与其他常见口腔细菌的野生株及突变株在体外混合培养形成生物膜，比较在整个生物膜的形成过程中细菌的形态结构、生理生化、分子生物等各方面产生的差异，研究密度感应调控基因在生物膜形成过程中应对各种不同的外界环境压力时所起的作用，分析生物膜内细菌产生的各类代谢产物对生物膜形成的影响，初步探讨luxS 密度感应在微生物种群形成生物膜中的调控机制，从而有效抑制生物膜感染，降低龋病发病率，为深化龋病病因学研究，生态防龋奠定基础。

牙菌斑生物膜是由多种微生物在牙面上沉积的有机基质互相集聚、交联而形成的生态结构，生物膜中各种微生物相互依存、相互竞争，构成了复杂的生态关系。生物膜内的细菌通过密度感应信号分子协调种群生物学行为，调控不同种属菌间交流的信号分子AI-2由密度感应调控基因介导。因此，本课题研究luxS密度感应调控基因对多种细菌共同建起复杂的微生物群落——生物膜的影响。本课题成功构建了口腔细菌变异链球菌的密度感应调控基因luxS基因高表达突变株和粪肠球菌的luxS基因突变株，对粪肠球菌野生菌和luxS 基因突变株在生物学性状方面进行了比较，结果证明luxS基因对于粪肠球菌的生物膜形成过程起重要作用。将变异链球菌及其两种luxS基因突变株与粪肠球菌、嗜酸乳杆菌及具核梭杆菌按照不同比例体外混合培养，比较不同时期生物膜形成的数量；研究生物膜形成过程中胞外基质对其形成发展及结构维持的作用；观察混合细菌形成生物膜的形态结构；检测生物膜形成过程中相关基因的表达等；确认luxS基因对于混合细菌生物膜的形成过程起重要作用。改变外界压力环境，选择不同含量的葡萄糖和蔗糖作为营养碳源，不同pH值和离子强度的培养基，通过上述相同的方法研究变异链球菌及其两种luxS基因突变株与粪肠球菌、具核梭杆菌、嗜酸乳杆菌混合培养生物膜形成的过程，结果表明luxS基因在混合细菌生物膜的形成过程起的作用受外界环境影响。最后检测变异链球菌及其两种luxS基因突变株信号分子AI-2和代谢产物。初步探讨luxS密度感应调控口腔微生物种群体外形成生物膜过程中的作用机制，通过对生物膜中密度感应调控机制的了解，能有效抑制生物膜的感染，降低龋病的发病率，为进一步明确龋病等口腔疾病的发病机制、防治措施以及指导临床用药具有重要的临床意义，为深化龋病病因学研究，生态防龋奠定基础。在该课题的支持下，一共发表了6篇论文，其中3篇为第一作者的SCI论文。