细菌间相互作用在种植体周围炎发病机制中作用的研究

Bacterial interactions play a major role of maintaining and affecting peri-implant microecological balance. The dysbiosis leads to competitive growth of putative pathogens which increase the risk of peri-implantitis. Current studies on bacterial interactions mostly use co-culture methods in vitro, which can't effectively reflect diverse bacterial interactions in complex microbial communities in vivo. Based on metagenomic sequencing technique, we found 214 genera, of which 29 bacteria taxa were associated with peri-implantitis, and they presented more complex positive and negative correlations in peri-implantitis niches compared with healthy implant niches. However, the metabolic nature of the changes in bacterial interactions and its role in the pathogenesis of peri-implantitis are not clear. Thus, we will construct metagenomic metabolic network with topology analysis, compare the differences of the seed set and abundances of enzymatic genes between peri-implantitis and peri-implant health, and also analyse the transcriptional activity of the functional genes of putative pathogens interacted with other different bacteria by combing metagenomic and transcriptome sequencing. This project will expand our knowledge of the microbial pathogenesis of peri-implantitis and provide the experimental evidence for the live biotherapeutic preparation by using inter-bacterial antagonism to control peri-implantitis.

细菌间的相互作用在维持和影响种植体周围微生态平衡中起主要作用。微生态失衡会导致可疑致病菌的竞争性生长，使易感部位发病。目前，细菌间相互作用的研究多局限于体外共培养的方法，不能有效反映体内复杂微生物群落中多细菌间的相互作用。我们前期通过宏基因组测序的方法，在种植体周围微生物群落中共发现214个菌属，其中归属于24个菌属的29个细菌分类群与种植体周围炎相关；相比于健康种植体，这些菌属在种植体周围炎生态位中显示出更加复杂的正向和负向作用网络。但导致细菌间相互作用改变的代谢本质及其在种植体周围炎致病机制中的作用尚未明确。因此，我们拟构建整合代谢网络，分析其拓扑属性，比较种植体周围炎与健康种植体生态位中酶丰度和种子化合物；结合宏转录组测序技术，分析可疑致病菌与不同细菌相互作用中的活跃程度，以期进一步揭示种植体周围炎的微生物致病机制，为研制利用细菌间拮抗作用治疗种植体周围炎的生物活体药提供实验依据。

菌群失调是种植体周围炎的主要致病机理之一，细菌间的相互作用是如何影响种植体周围微生态平衡，导致种植体周围炎的发生、发展一直是种植修复研究的热点。本研究基于宏基因组测序结果分析发现从功能代谢水平，种植体周围炎与健康种植体在KEGG PATHWAY 数据库的生物代谢通路：细胞过程、环境信息处理、遗传信息处理、人类疾病、新陈代谢、生物体系统代谢通路中均具有显著差异。CAZy数据库6大功能类糖苷水解酶，糖基转移酶，多糖裂合酶，碳水化合物酯酶，辅助氧化还原酶和碳水化合物结合模块在两组间均显示出统计学差异。基于KO数据库的代谢网络及其复杂。基于CARD抗性基因数据库，94种抗性基因被检出，比较抗性基因所属的物种信息发现两组没有统计学差异。结果表明种植体周围炎的黏膜下微生物群落的代谢活性更高，代谢网络更为复杂。基于宏转录组测序结果共发现166954个差异基因。相较于种植体周围炎，健康种植体有53484个上调基因，113470个下调基因。基于Gene Ontology数据库，Level1生物过程、细胞组分和分子功能三个分类分别富集139、52和90个GO Terms（p<0.05）。在Level 2中，Cellular process，Catalytic activity和Binding Terms是最为富集的三个Terms。基于KEGG pathways，富集334条KEGG pathways。富集差异（p<0.05）主要涉及Two-component system，Bacterial chemotaxis，Ribosome，Plant-pathogen interaction，Pyrimidine metabolism，Flagellar assembly，Carbon metabolism，Aminoacyl-tRNA biosynthesis，Pentose phosphate pathway，Legionellosis和Pyruvate metabolism代谢通路。种植体周围炎相较于健康种植体具有更高的转录活性。本项目基于DNA和RNA水平，从微生物群落的代谢功能和转录活性的角度，进一步揭示种植体周围炎的微生物发病机制，为寻找新的种植体周围炎治疗靶点提供理论依据，为研发特异性强、敏感度高的新型种植体周围炎预测指标和微生物拮抗剂提供实验基础。