2020-11-27
期刊：《The ISME Journal》
影響因子：9.18
近日，派森諾與四川大學華西口腔醫(yī)學院合作，在微生態(tài)領域期刊《The ISME Journal》（影響因子：9.18）上發(fā)表科研成果，可喜可賀！本研究利用PacBio三代測序技術(shù)，通過16S rRNA基因全長測序，發(fā)現(xiàn)在體外齲齒模型及大鼠齲齒模型中，白色念珠菌的定植可改變口腔微生物菌群的組成，增加口腔生物膜的致齲齒能力，從而惡化齲齒的病變程度，揭示了該菌種對根面齲的微生物生態(tài)學作用及致病機制。
研究背景
根面齲是一種常見的微生物感染性口腔疾病，老年人根齲的患病率達相對較高，是根面齲的高發(fā)人群，也是口腔白色念珠菌感染的易感人群。根面齲的發(fā)生與存在于微生物生物膜中的產(chǎn)酸物種（如變形鏈球菌）的富集和產(chǎn)酸較少的共生體（如血鏈球菌）有關(guān)，因此微生物失衡在齲齒發(fā)生過程中起著關(guān)鍵作用。
白色念珠菌是一種共生真菌，健康個體口腔攜帶白色念珠菌量培養(yǎng)率為18.5-40.9%，攜帶率通常在免疫力低下的個體中較高。白色念珠菌能與其他口腔微生物形成緊密的互作關(guān)系，對微生物生物膜的毒力產(chǎn)生顯著影響。與健康人群口腔中的白色念珠菌相比，定植于根齲病變的白色念珠菌的代謝活性、糖轉(zhuǎn)運、脅迫耐受性和pH調(diào)節(jié)等相關(guān)基因表達上調(diào)，進一步突顯了白色念珠菌在根齲病變發(fā)生發(fā)展過程中的潛在作用。然而，白色念珠菌對根齲的微生物生態(tài)學和致病機制，以及與其他微生物跨界相互作用的關(guān)鍵因素尚不清楚。
研究方法
測序區(qū)域：16S rRNA基因近全長
測序平臺：PacBio Sequel三代測序
樣本數(shù)量：為了探討白色念珠菌、PHR1基因和PHR2基因與口腔唾液生物膜微生物組成之間的關(guān)系，實驗人員收集無白色念珠菌感染的健康者（經(jīng)PCR驗證）的唾液，建立唾液源生物膜，并分成以下四個處理組：
● 對照組：無白色念珠菌感染的唾液源生物膜樣本5例
● 處理組1：白色念珠菌感染的唾液源生物膜樣本4例
● 處理組2：缺失PHR2基因的白色念珠菌感染的唾液源生物膜樣本5例
● 處理組3：缺失PHR1基因的白色念珠菌感染的唾液源生物膜樣本5例
研究結(jié)果
1. 白色念珠菌的定植改變口腔唾液微生物生物膜的平衡
白色念珠菌的定植導致口腔微生物生物膜的Shannon指數(shù)降低，微生物群落的多樣性降低，同時破環(huán)了生物膜中微生物之間的相互作用網(wǎng)絡，降低了微生物間的協(xié)同效應。通過在門水平和種水平上物種相對豐度以及預測代謝通路變化的比較，發(fā)現(xiàn)白色念珠菌的感染導致多種微生物的相對豐度和代謝通路存在差異性（圖1）。
圖1 白色念珠菌的定植改變口腔唾液微生物生物膜的平衡
2. PHR2基因有助于致齲條件下，增加白色念珠菌在口腔唾液微生物生物膜上定植的可能性
PCoA分析發(fā)現(xiàn)，在有無白色念珠菌或其PHR1/PHR2缺失突變體的情況下，對照組和處理組2的微生物組成更加相似，而處理組1和處理組3的微生物組成更加相似，同時鏈球菌屬的相對豐度表現(xiàn)出同樣的趨勢。進一步采用體外人工齲模型和根齲大鼠模型實驗同樣證實，PHR2基因是在致齲條件下，白色念珠菌成功在微生物生物膜定植的主要因素。
圖2 PHR2基因有助于白色念珠菌在致齲條件下，在微生物生物膜定植
研究結(jié)論
● 相比于齲齒患者及健康人的健康牙根表面，齲齒患者的根齲病變處的白色念珠菌定植率顯著升高（71.4% vs. 31.4% vs. 28.6%）；
● 白色念珠菌定植通過改變口腔生物膜的微生物生態(tài)，增加了其齲齒的致齲性，形成了酸性增強的多菌生物膜，加重了牙齒脫礦和齲損的嚴重程度；
● 在體外及大鼠齲齒模型中，白色念珠菌的定植可與鏈球菌屬互作，并改變口腔生物膜中的菌群組成，增加口腔生物膜的產(chǎn)酸能力及致齲齒性，從而惡化齲齒病變嚴重程度及牙齒礦物質(zhì)流失；
● 白色念珠菌PHR2基因參與調(diào)控白色念珠菌在致齲微環(huán)境中的定植、生長與毒力，在致齲條件下，PHR2基因是白色念珠菌成功在微生物生物膜定植的主要因素。
總 結(jié)
本研究利用PacBio三代測序技術(shù)，通過16S rRNA基因全長測序，對口腔微生物組種水平的變化進行了“高分辨率”的精細研究，揭示了白色念珠菌在促根面齲發(fā)生發(fā)展過程中的作用，及其在致齲微環(huán)境下定植并調(diào)控牙菌斑微生態(tài)的關(guān)鍵因子，有望成為根面齲生態(tài)防治的潛在靶點，為根面齲的防治提供了新的思路。
派森諾《The ISME Journal》相關(guān)合作案例：
【派森諾項目文章】2019首登ISME J！腸道微生物組 vs. 宿主基因組，脂肪堆積由誰調(diào)控？(點擊查看)
閱讀原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41396-020-00823-8
