DOI: https://doi.org/10.1186/s12866-025-03762-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39865249
تاريخ النشر: 2025-01-27
المؤلف: Rui Liu وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيولوجيا الفموية وبحوث التهاب اللثة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في دور اختلال الميكروبيوم الفموي في بدء تسوس الأسنان، وخاصة في سياق نظام غذائي يحتوي على السكروز. يُعتبر *Streptococcus mutans*، الذي يُنظر إليه تقليديًا على أنه العامل المسبب الرئيسي في تسوس الأسنان، الآن مفهوماً ضمن إطار أوسع من عدم التوازن الميكروبي. استخدمت الدراسة تسلسل جين 16S rRNA لتحليل اللعاب واللويحات السنية من مجموعتين من الفئران: مجموعة التحكم الخالية من مسببات الأمراض (SPF) ومجموعة SPF التي تتبع نظامًا غذائيًا يحتوي على السكروز. أظهرت النتائج أن النظام الغذائي المحتوي على السكروز غير بشكل كبير تركيب الميكروبيوم الفموي، حيث كانت الفئات السائدة هي Firmicutes وProteobacteria وUnclassified Bacteria وActinobacteria وBacteroidetes. ومن الجدير بالذكر أن الجنس Gemella أظهر زيادة كبيرة في الوفرة في مجموعة SPF Sucrose مقارنة بالمجموعة الضابطة.
أكدت صور Micro-CT تطور تسوس الأسنان في كل من مجموعتي SPF Sucrose وGerm-free Sucrose، مما يشير إلى أن عدم التوازن الميكروبي، الذي يتميز بتغيرات محددة في الأجناس البكتيرية، يساهم في تشكيل التسوس. تؤكد النتائج على إمكانية استخدام ملفات تعريف المجتمع الميكروبي كمؤشرات لبداية تسوس الأسنان وتوفر أساسًا للبحوث المستقبلية حول مسببات المرض. تبرز هذه الدراسة أهمية التأثيرات الغذائية على ديناميات الميكروبيوم الفموي وآثارها على صحة الأسنان.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الفهم المتطور لمسببات تسوس الأسنان، حيث انتقل من نظرية العامل المسبب الواحد، التي كانت تُلقي اللوم بشكل رئيسي على *Streptococcus mutans*، إلى نظرية عدم التوازن الميكروبي. يُعزى هذا التحول إلى التقدم في تكنولوجيا التسلسل، مما يكشف أن تسوس الأسنان يتأثر بتفاعل معقد بين عدة أنواع ميكروبية منتجة للأحماض ومتحملة للأحماض، بما في ذلك *Lactobacillus* و*Actinomyces* و*Bifidobacterium* و*Veillonella* و*Propionibacterium*. ترتبط قدرة المجتمعات الميكروبية الفموية على التسبب في المرض بتغيرات في تركيب المجتمع بدلاً من وجود مسببات محددة، حيث تلعب العوامل الغذائية، وخاصة تناول السكر، دورًا حاسمًا في تعطيل البيئة الميكروبية الفموية وتعزيز تشكيل الأغشية الحيوية المسببة للتسوس.
تهدف الدراسة إلى تطوير نموذج منطقي لتسوس الأسنان باستخدام فئران خالية من الجراثيم (GF) للتحقيق في العلاقة بين عدم التوازن الميكروبي الفموي وتسوس الأسنان. من خلال استخدام الفئران GF، يمكن للباحثين استبعاد تأثير الميكروبات الأصلية والتركيز على آثار عدم توازن المجتمع الميكروبي. يتضمن النموذج تغذية فئران من نوع SPF بنظام غذائي يحتوي على السكروز وتطعيم فئران GF باللويحات السنية واللعاب من الفئران المتأثرة بالتسوس وغير المتأثرة. يسعى هذا النهج إلى توضيح ما إذا كان تعطيل التوازن الميكروبي الفموي يساهم مباشرة في تطوير تسوس الأسنان.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام اثني عشر فأرًا من نوع BALB/c من فئة التحكم الخالية من مسببات الأمراض (SPF) يبلغ عمرها 21 يومًا لنمذجة تسوس الأسنان. تم تقسيم الفئران عشوائيًا إلى مجموعتين: مجموعة SPF_Control، التي استمرت في نظام غذائي قياسي، ومجموعة SPF_Sucrose، التي تم تغذيتها بنظام غذائي مسبب للتسوس مدعوم بماء سكروز بنسبة 5%. بعد فترة 32 يومًا، تم جمع عينات من اللعاب واللويحات السنية من ثلاثة فئران في كل مجموعة لتسلسل جين 16S rRNA. بعد ذلك، تم euthanizing الفئران، وتم الحصول على عينات من العظام الفكية لتحليل Micro-CT.
بالإضافة إلى ذلك، تم تكييف ستة فئران من نوع BALB/c خالية من الجراثيم على نظام غذائي قياسي لمدة ثلاثة أيام ثم تم تقسيمها إلى مجموعتي التحكم الخالية من الجراثيم (GF_SPFcon) والسكروز الخالي من الجراثيم (GF_SPFsuc). تعرضت هذه الفئران لللعاب واللويحات السنية من مجموعات SPF لمدة ستة أيام. بعد 63 يومًا، تم جمع عينات من العظام الفكية من الفئران GF لفحص Micro-CT. التزمت الدراسة بالإرشادات الأخلاقية، وتمت الموافقة على بروتوكول الحيوانات من قبل اللجنة الأخلاقية لمستشفى غرب الصين لطب الأسنان، جامعة سيتشوان.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثير نظام غذائي يحتوي على السكروز على تطوير تسوس الأسنان وتركيب الميكروبيوم الفموي في فئران SPF. كشفت تحليلات Micro-CT أن الفئران التي تتبع نظامًا غذائيًا يحتوي على السكروز (مجموعة SPF_Sucrose) قد طورت آفات تسوس مميزة، بينما لم تظهر الفئران الضابطة (مجموعة SPF_Control) أي علامات على تسوس الأسنان. على الرغم من وجود التسوس، لم تُلاحظ اختلافات كبيرة في مؤشرات تنوع ألفا بين المجموعتين، مما يشير إلى تنوع ميكروبي مشابه. ومع ذلك، أظهرت تحليل المكونات الرئيسية (PCoA) اختلافات في تركيب المجتمع الميكروبي، مع تغييرات ملحوظة في الوفرة النسبية لأجناس معينة، وخاصة زيادة في Gemella في مجموعة SPF_Sucrose، والتي ارتبطت بتقدم تسوس الأسنان.
علاوة على ذلك، أظهرت الدراسة أن الميكروبيوم الفموي غير المتوازن، الذي يتميز بتغيرات في هياكل المجتمع البكتيري، يمكن أن يحفز تسوس الأسنان في الفئران الخالية من الجراثيم (GF) عند تطعيمها باللعاب واللويحات السنية من مجموعة SPF_Sucrose. تؤكد هذه النتيجة على دور المجتمعات البكتيرية المسببة للتسوس في تطوير التسوس وتقترح أن العوامل الغذائية، مثل تناول السكروز، يمكن أن تؤثر بشكل كبير على ديناميات الميكروبيوم الفموي ونتائج الصحة. بشكل عام، توفر النتائج رؤى حول العلاقة بين النظام الغذائي، وعدم التوازن الميكروبي، وتسوس الأسنان، مما يبرز الطرق المحتملة للبحث المستقبلي حول مسببات المرض.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12866-025-03762-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39865249
Publication Date: 2025-01-27
Author(s): Rui Liu et al.
Primary Topic: Oral microbiology and periodontitis research
Overview
The research investigates the role of oral microbiome dysregulation in the initiation of dental caries, particularly in the context of a sucrose diet. Streptococcus mutans, traditionally viewed as the primary pathogen in dental caries, is now understood within a broader framework of microbial imbalance. The study utilized 16S rRNA gene sequencing to analyze saliva and dental plaque from two groups of mice: a Specific Pathogen Free (SPF) Control group and an SPF group on a sucrose diet. Results indicated that the sucrose diet significantly altered the oral microbiome composition, with Firmicutes, Proteobacteria, Unclassified Bacteria, Actinobacteria, and Bacteroidetes being the dominant phyla. Notably, the genus Gemella showed a significant increase in abundance in the SPF Sucrose group compared to controls.
Micro-CT imaging confirmed the development of dental caries in both the SPF Sucrose and Germ-free Sucrose groups, suggesting that dysbiosis, characterized by specific shifts in bacterial genera, contributes to caries formation. The findings underscore the potential of using microbial community profiles as indicators for the onset of dental caries and provide a foundation for future research into the disease’s etiology. This study highlights the importance of dietary influences on oral microbiome dynamics and their implications for dental health.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the evolving understanding of dental caries etiology, transitioning from the single pathogen theory, which primarily implicated *Streptococcus mutans*, to the dysbiosis theory. This shift is attributed to advancements in sequencing technology, revealing that dental caries is influenced by a complex interplay of multiple acidogenic and aciduric microbial species, including *Lactobacillus*, *Actinomyces*, *Bifidobacterium*, *Veillonella*, and *Propionibacterium*. The pathogenicity of oral microbial communities is linked to changes in community composition rather than the presence of specific pathogens, with dietary factors, particularly sugar intake, playing a critical role in disrupting the oral microenvironment and promoting cariogenic biofilm formation.
The study aims to develop a rational dental caries model using germ-free (GF) mice to investigate the relationship between oral microbiome dysbiosis and dental caries. By utilizing GF mice, the researchers can exclude the influence of native microorganisms and focus on the effects of microbial community imbalances. The model involves feeding SPF-grade mice a sucrose diet and inoculating GF mice with dental plaque and saliva from caries-affected and non-caries-affected mice. This approach seeks to elucidate whether the disruption of oral microbial homeostasis directly contributes to the development of dental caries.
Methods
In this study, twelve male Specific Pathogen Free (SPF) grade BALB/c mice, aged 21 days, were utilized to model dental caries. The mice were randomly divided into two groups: the SPF_Control group, which continued on a standard diet, and the SPF_Sucrose group, which was fed a cariogenic diet supplemented with 5% sucrose water. After a 32-day period, saliva and dental plaque samples were collected from three mice in each group for 16S rRNA gene sequencing. Following this, the mice were euthanized, and mandibular bone samples were obtained for micro-computed tomography (Micro-CT) analysis.
Additionally, six Germ-free grade BALB/c mice were acclimated on a standard diet for three days and then divided into Germ-free Control (GF_SPFcon) and Germ-free Sucrose (GF_SPFsuc) groups. These mice were exposed to saliva and dental plaque from the SPF groups for six days. After 63 days, mandibular bone samples were collected from the GF mice for Micro-CT examination. The study adhered to ethical guidelines, with the animal protocol approved by the Ethical Committee of West China Hospital of Stomatology, Sichuan University.
Discussion
In this study, the impact of a sucrose diet on dental caries development and oral microbiome composition in SPF mice was investigated. Micro-CT analysis revealed that mice on a sucrose diet (SPF_Sucrose group) developed distinct carious lesions, while control mice (SPF_Control group) did not exhibit any signs of dental caries. Despite the presence of caries, no significant differences in alpha diversity indices were observed between the two groups, suggesting similar microbial diversity. However, principal coordinates analysis (PCoA) indicated differences in microbial community composition, with notable changes in the relative abundance of specific genera, particularly an increase in Gemella in the SPF_Sucrose group, which has been associated with dental caries progression.
Furthermore, the study demonstrated that the dysbiotic oral microbiome, characterized by altered bacterial community structures, can induce dental caries in germ-free (GF) mice when inoculated with saliva and dental plaque from the SPF_Sucrose group. This finding underscores the role of cariogenic bacterial communities in caries development and suggests that dietary factors, such as sucrose intake, can significantly influence oral microbiome dynamics and health outcomes. Overall, the results provide insights into the relationship between diet, microbial dysbiosis, and dental caries, highlighting potential avenues for future research into the disease’s etiology.