口腔微生物学3牙菌斑-

1、口腔疾病研究国家重点实验室口腔疾病研究国家重点实验室口腔生物学教研室口腔生物学教研室 李雨庆李雨庆教教 材：材：指定参考书指定参考书：1.1.周学东主编周学东主编 口腔微生态学，人民卫生出版社，口腔微生态学，人民卫生出版社，201320132 2. .周学东主编周学东主编 微生物生物膜与感染，人民卫生出版社，微生物生物膜与感染，人民卫生出版社，20122012周学东主编周学东主编 实用口腔微生物学与技术，人民卫生出版社，实用口腔微生物学与技术，人民卫生出版社，20092009 主主 要要 内内 容容牙菌斑（肉眼）牙菌斑（肉眼）牙菌斑细菌及牙菌斑细菌及EPS成分三维重建成分三维重建(CLSM)2

2、4h48h72hP.gS.mS.salivariusS.sanguinis玻片 树脂 玻璃离子不同牙科材不同牙科材料表面口腔料表面口腔细菌黏附细菌黏附FISH技术一、定一、定 义义1683年年 发现牙面沉积物中有微小生物体发现牙面沉积物中有微小生物体（Van Leuwenhoek）1890年年 首次详细论证了细菌、酸和龋病三者的关系首次详细论证了细菌、酸和龋病三者的关系（Willoughby D. Miller ）1897年年 首先提出牙菌斑的概念首先提出牙菌斑的概念（James Leon Williams）1937年年 牙面上的微生物必须依赖于牙面特定的菌斑牙面上的微生物必须依赖于牙面特定的

3、菌斑环境代谢产酸环境代谢产酸（Forsdick）1963年年 牙菌斑是附着在牙面上不易被漱口液清洗掉牙菌斑是附着在牙面上不易被漱口液清洗掉的软而粘的物质的软而粘的物质（Dawes） 早期对牙菌斑的认识早期对牙菌斑的认识 牙菌斑牙菌斑 (dental plaque)存在于牙面或牙周袋内存在于牙面或牙周袋内的一个的一个细菌生态环境细菌生态环境，细菌在其中生长、发育细菌在其中生长、发育和衰亡，并进行着复杂和衰亡，并进行着复杂的物质代谢活动，在一的物质代谢活动，在一定条件下，细菌及其代定条件下，细菌及其代谢产物将会对牙齿和牙谢产物将会对牙齿和牙周组织产生破坏周组织产生破坏James Leon Will

4、iams (April 18, 1852 February 23, 1932) , American prosthodontist and pioneer dental histologist JOHN WILLIAM COSTERTON (July 21st, 1934 -May 12th, 2012) “the father of biofilm”生物膜（生物膜（biofilm）牙菌斑生物膜示意图牙菌斑生物膜示意图 牙菌斑生物膜牙菌斑生物膜生物膜的作用生物膜的作用二、分二、分 类类（一）根据所在部位分类（一）根据所在部位分类牙龈萎缩2龈下菌斑龈下菌斑(subgingival plaque)

5、 位于龈缘以下，分布在位于龈缘以下，分布在龈沟或牙周袋内龈沟或牙周袋内，分为附着龈下菌斑和非附着龈下菌斑。分为附着龈下菌斑和非附着龈下菌斑。附着龈下菌斑附着龈下菌斑非附着龈下菌斑非附着龈下菌斑 附着龈下菌斑附着龈下菌斑由龈上菌斑延伸到牙周袋内，附着于由龈上菌斑延伸到牙周袋内，附着于牙根面牙根面，其结构、成分与龈上菌斑相，其结构、成分与龈上菌斑相似，细菌种类增多，主要为似，细菌种类增多，主要为格兰阳性格兰阳性球菌及杆菌、丝状菌球菌及杆菌、丝状菌，还可见少量格，还可见少量格兰阴性短杆菌和螺旋体兰阴性短杆菌和螺旋体（二）根据致病作用分类（二）根据致病作用分类 （1）利用蔗糖的速度快，）利用蔗糖的速度

6、快，乳酸乳酸产生速度快；产生速度快； （2）产生多糖的速度快，接触蔗糖）产生多糖的速度快，接触蔗糖15分钟内分钟内 20%以上转化为以上转化为细胞内多糖细胞内多糖； （3）变链球菌变链球菌的数量多，而非致龋性菌斑中的数量多，而非致龋性菌斑中 血链球菌的数量多；血链球菌的数量多；（4）与）与产碱代谢相关酶产碱代谢相关酶（尿素酶、精氨酸脱亚（尿素酶、精氨酸脱亚胺酶）的活性较非致龋菌斑胺酶）的活性较非致龋菌斑低低致龋性菌斑的主要生物学特征致龋性菌斑的主要生物学特征:专性厌氧专性厌氧产黑色素产黑色素Socransky et. al. 1998. J Clin PeriodontolMost commo

7、nly found in patients with periodontal diseaseFound in both healthy patients and in periodontal lesions基底层基底层表表 层层中间层中间层（一）基底层（一）基底层Enamel crystalsPellicle lipid/protein layers (1-10 m)（二）中间层（二）中间层（三）表层（三）表层谷穗状结构（谷穗状结构（SEM） （一）微生物组成的特点（一）微生物组成的特点A spectral fluorescence image of 15 different species

8、of human oral microbes grown in the laboratory and labeled with taxon specific probes in a CLASI-FISH experiment. (Credit: Alex Valm)Neighbor-joining tree for human oral taxa in the phylum Tenericutes and the classes Bacilli and Erysipelotrichia of the phylum FirmicutesThe Human Oral Microbiome. JOU

9、RNAL OF BACTERIOLOGY, Oct. 2010, p. 50025017世界历史分期世界历史分期旧石器时代：通过狩猎和采集维持生活，制造简单石器旧石器时代：通过狩猎和采集维持生活，制造简单石器中石器时代：开始家畜驯养，使用打制石器中石器时代：开始家畜驯养，使用打制石器新石器时代：产生了新石器时代：产生了农业和畜牧业农业和畜牧业，磨光石器流行，磨光石器流行青铜时代：制造使用青铜器青铜时代：制造使用青铜器铁器时代：制造使用铁器铁器时代：制造使用铁器中世纪中世纪近近 代代现现 代代石石器器时时代代古古代代封建社会封建社会碳水化合碳水化合物大量摄物大量摄入入工业革命工业革命/食物更为食

10、物更为精细精细/糖糖LBK/Bell BeakerJewbury/St. Helen-on the Wallis/Raunds Furnells采集自正常人群相同部位的菌斑微生物组成采集自正常人群相同部位的菌斑微生物组成种类差异较大，但种类差异较大，但代谢功能相似。代谢功能相似。Nature. 2012 Jun 13;486(7402):207-14. 牙龈卟啉单胞菌牙龈卟啉单胞菌的检出率明显升高的检出率明显升高 开始有开始有变异链球菌变异链球菌检出检出 古代人口腔微生物古代人口腔微生物的的多样性多样性保持相对保持相对稳定（稳定（p 0.05p 0.05） 现代人口腔微生物现代人口腔微生物的的

11、多样性多样性明显减低明显减低致牙周病菌斑与非致牙周病菌斑的细菌构成致牙周病菌斑与非致牙周病菌斑的细菌构成（二）化学组成（二）化学组成1. 水水 占菌斑体积的占菌斑体积的30%-50%，重量的，重量的80%， 其中其中50%在菌细胞内，在菌细胞内，30%在菌斑基质在菌斑基质 中。基质中的水大约中。基质中的水大约25%呈游离状态，呈游离状态， 剩余部分与蛋白质结合呈结合态。剩余部分与蛋白质结合呈结合态。3. 糖糖 占牙菌斑千重的占牙菌斑千重的13%-18%，来源于，来源于食物和细菌，包括低分子可溶性糖，如食物和细菌，包括低分子可溶性糖，如单糖、双糖、低聚糖和多糖。单糖、双糖、低聚糖和多糖。不同底物

12、对生物膜不同底物对生物膜EPS的影响的影响PLoS Pathog 8(4): e1002623.生物膜形成过程中细菌细胞与生物膜形成过程中细菌细胞与EPS组成的动态变化组成的动态变化PLoS Pathog 8(4): e1002623.The Biofilm Life Cycle 唾液糖蛋白唾液糖蛋白选择性吸附在牙齿表面所形成。选择性吸附在牙齿表面所形成。1. 形成机制形成机制Enamel crystalsPellicle lipid/protein layers (1-10 m)（二）细菌的黏附和集聚（二）细菌的黏附和集聚疏水基团疏水基团疏水蛋白疏水蛋白细菌名称细菌名称黏附素黏附素受体受体血

13、链球菌血链球菌唾液酸蛋白唾液酸蛋白 粘蛋白粘蛋白轻型链球菌轻型链球菌唾液酸蛋白唾液酸蛋白 粘蛋白、淀粉酶粘蛋白、淀粉酶变异链球菌变异链球菌几种蛋白几种蛋白 粘蛋白、淀粉酶、富脯蛋白粘蛋白、淀粉酶、富脯蛋白 远缘链球菌远缘链球菌葡聚糖蛋白葡聚糖蛋白 葡聚糖葡聚糖粘性放线菌粘性放线菌I型菌毛型菌毛 富脯蛋白、富酪蛋白富脯蛋白、富酪蛋白II型菌毛型菌毛 半乳糖残基、链球菌半乳糖残基、链球菌内氏放线菌内氏放线菌II型菌毛型菌毛 半乳糖残基、半乳糖残基、 链球菌链球菌颊纤毛菌颊纤毛菌半乳糖蛋白半乳糖蛋白 半乳糖残基半乳糖残基具核梭杆菌具核梭杆菌半乳糖蛋白半乳糖蛋白 半乳糖残基、胶原半乳糖残基、胶原中间普

14、氏菌中间普氏菌半乳糖蛋白半乳糖蛋白 半乳糖残基、胶原半乳糖残基、胶原牙龈卟啉单胞菌牙龈卟啉单胞菌菌毛、血细菌凝集素菌毛、血细菌凝集素 富脯蛋白、精氨酸、多肽胶原富脯蛋白、精氨酸、多肽胶原2. 集聚（集聚（aggregation） 一种细菌黏附于另一种细菌的表面一种细菌黏附于另一种细菌的表面称之为集聚称之为集聚（三）牙菌斑生物膜的成熟（三）牙菌斑生物膜的成熟1. 牙菌斑的生长周期牙菌斑的生长周期2. 成熟牙菌斑的形态结构特征成熟牙菌斑的形态结构特征（四）生物膜的分散（四）生物膜的分散Nature Reviews Microbiology. 2012; 10(1): 39-50Nature Rev

15、iews Microbiology. 2012; 10(1): 39-50 （一）糖代谢（一）糖代谢 尿素酶尿素酶(urease)及及精氨酸脱亚精氨酸脱亚胺酶胺酶(arginine deiminase)是口是口腔细菌最主要腔细菌最主要的两条产碱代的两条产碱代谢通路，对维谢通路，对维持持口腔微生态口腔微生态平衡平衡具有重要具有重要意义意义 小小 结结牙菌斑定定 义义基本结构基本结构组组 成成形成和发育形成和发育代代 谢谢致病性致病性 分分 类类 Hot Topics for Future Research Which genes are differentially expressed in b

16、iofilm? What is the biofilm phenotype? Can any of the biofilm associated genes provide targets for novel biofilm-specific antimicrobial agent? What is the exact chemical nature of matrix in the biofilm, and which components are essential for maitenance of biofilm structure? Signalling mechanisms in biofilm,particular complex signals in the multi-species biofilms? Host-pathogen interacti