DOI: https://doi.org/10.3389/froh.2025.1573863
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40546459
تاريخ النشر: 2025-06-06
المؤلف: Ziyi Zhao وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيولوجيا الفموية وبحوث التهاب اللثة
نظرة عامة
تستكشف هذه المراجعة نطاق دور استشعار الكتلة (QS) في التفاعلات بين *Porphyromonas gingivalis*، وهو مسبّب رئيسي في التهاب اللثة، وأنواع الميكروبات الفموية الأخرى. أسفرت عملية البحث المنهجية عن 205 منشورات، تم تضمين 26 دراسة في المراجعة. تشير النتائج إلى أن *P. gingivalis* يستخدم جزيئات الإشارة Autoinducer-1 (AI-1) وAutoinducer-2 (AI-2) لاستشعار الكتلة، مما يعزز من قدرته على التسبب في المرض ويسهل اندماجه في المجتمعات الميكروبية الفموية. يُظهر AI-1 أنه يزيد من ضراوة *P. gingivalis*، بينما يؤثر AI-2 على العلاقات التعاونية والتنافسية بين مسببات الأمراض اللثوية، مما يغير بنية الأغشية الحيوية الفموية.
تؤكد المراجعة على أهمية استشعار الكتلة كآلية تنظيمية في التواصل الميكروبي والديناميات البيئية داخل البيئة الفموية. وتبرز أن استشعار الكتلة لا يعزز فقط من ضراوة واستمرارية *P. gingivalis*، بل يساهم أيضًا في اختلال التوازن الميكروبي. يتم التأكيد على إمكانية استخدام مثبطات استشعار الكتلة كاستراتيجية علاجية، مما يشير إلى أنها قد تساعد في إعادة توازن المجتمعات الميكروبية دون القضاء على مسببات الأمراض. قد يوفر الجمع بين مثبطات استشعار الكتلة والعلاجات التقليدية لالتهاب اللثة طرقًا مبتكرة للحفاظ على الميكروبيوم في إدارة أمراض اللثة، مما يستدعي مزيدًا من البحث في هذا المجال.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الميكروبيوم المعقد في تجويف الفم، مع التأكيد على دور *Porphyromonas gingivalis* (P. gingivalis)، وهو بكتيريا سالبة الغرام مرتبطة بأمراض اللثة. تفاعلات هذه البكتيريا مع الكائنات الدقيقة الأخرى حاسمة للحفاظ على التوازن الميكروبي، وقدرتها على تعطيل هذا التوازن مرتبطة بتسبب الأمراض الالتهابية المزمنة. في قلب هذه التفاعلات يوجد استشعار الكتلة، وهو آلية تنظيمية تمكن البكتيريا من التواصل بناءً على كثافة السكان من خلال جزيئات الإشارة، مما يؤثر على التعبير الجيني والسلوكيات الفسيولوجية مثل الضراوة وتكوين الأغشية الحيوية.
تستخدم *P. gingivalis* نظامين لاستشعار الكتلة: Autoinducer-1 (AI-1) للتواصل داخل الأنواع وAutoinducer-2 (AI-2) للتفاعلات بين الأنواع. لا يسهل AI-1 التواصل داخل نوعه فحسب، بل يعزز أيضًا التفاعلات مع بكتيريا أخرى، مثل *Streptococcus mutans*، داخل الأغشية الحيوية المختلطة الأنواع. على العكس، يعمل AI-2 كإشارة عالمية تسمح لـ P. gingivalis بالتفاعل مع مسببات الأمراض المختلفة، مما قد يؤدي إلى تفاقم شدة مرض اللثة. نظرًا لأهمية استشعار الكتلة في التفاعلات الميكروبية، هناك اهتمام متزايد في تطوير مثبطات لتعطيل هذه المسارات التواصلية كاستراتيجية علاجية ضد الأمراض المرتبطة بـ P. gingivalis. تهدف هذه المراجعة إلى توضيح دور استشعار الكتلة في تنظيم التفاعلات بين P. gingivalis والميكروبات الفموية الأخرى، واستكشاف إمكانياته لتحسين صحة الفم.
طرق البحث
اتبعت الطرق المستخدمة في هذه المراجعة نطاق الإطار الذي وضعه Arksey & O’Malley وإرشادات PRISMA-ScR. تم إجراء بحث منهجي بواسطة باحثين مستقلين عبر ثلاثة قواعد بيانات – PubMed وWeb of Science وScopus – مستهدفين المقالات باللغة الإنجليزية المنشورة قبل 31 ديسمبر 2024. استخدم البحث الكلمات الرئيسية “(استشعار الكتلة OR QS) AND [(Porphyromonas gingivalis) OR P. gingivalis]”. تضمنت معايير الأهلية الدراسات التي حققت في P. gingivalis ضمن المجتمعات الميكروبية الفموية، وركزت على آليات استشعار الكتلة أو المثبطات، وشملت أنواع دراسات متنوعة مثل التجارب في المختبر، ونماذج الحيوانات، والتجارب السريرية. استبعدت معايير الاستبعاد الدراسات التي لم تتناول استشعار الكتلة بشكل مباشر، وتلك التي تركز على البكتيريا غير الفموية، والمقالات غير البحثية. في النهاية، استوفى 26 مقالًا معايير الإدراج من مجموعة أولية تضم 205 سجلات.
تسلط النتائج الضوء على دور إشارة استشعار الكتلة AI-1، التي تنتجها بشكل رئيسي البكتيريا اللثوية، في تعديل التفاعلات داخل الأغشية الحيوية الفموية. يسهل AI-1، وبشكل خاص إشارة N-acyl homoserine lactone (AHL)، استشعار كثافة البكتيريا، مما يعزز من بقاء *P. gingivalis* وقدرته على التسبب في المرض. في الأغشية الحيوية متعددة الأنواع، يعزز AI-1 تجنيد *P. gingivalis*، مما يسمح له بالازدهار في بيئات غنية بالمغذيات. من الجدير بالذكر أن AI-1 الذي تنتجه *P. gingivalis* وُجد أنه يقلل من تكوين الأغشية الحيوية والنشاط الأيضي لـ *Streptococcus mutans* عند زراعتها معًا، مما يشير إلى تفاعل تنظيمي يقلل من الإمكانات المرضية لـ S. mutans. وهذا يبرز أهمية AI-1 في التواصل البكتيري وتأثيراته على فهم بيئة الميكروبات الفموية وتقدم الأمراض.
مناقشة
تؤكد قسم المناقشة في ورقة البحث على الدور المحوري لجزيء استشعار الكتلة AI-2 في تعديل التفاعلات بين *Porphyromonas gingivalis* (P. gingivalis) وأنواع البكتيريا الأخرى داخل الميكروبيوم الفموي. يسهل AI-2، الذي يتم تصنيعه بواسطة إنزيم LuxS، التواصل بين البكتيريا، مما يسمح لـ P. gingivalis باستشعار بيئته وتكييف سلوكه، خاصة في تفاعلاته مع أنواع *Streptococcus*. يعتبر جين luxS حاسمًا لتكوين الأغشية الحيوية، مما يمكّن التفاعلات التعاونية التي تعزز من استقرار وتكوين المجتمعات الميكروبية. من الجدير بالذكر أن وجود AI-2 يعزز العلاقات التآزرية، مثل تلك بين P. gingivalis و*Fusobacterium nucleatum*، مما يدعم ليس فقط الالتصاق الهيكلي ولكن أيضًا يوفر مغذيات أساسية، مما قد يؤدي إلى تفاقم مرض اللثة من خلال زيادة الاستجابات الالتهابية.
بالإضافة إلى ذلك، تناقش الورقة إمكانية استخدام مثبطات استشعار الكتلة (QS) لتعطيل هذه الاتصالات بين البكتيريا، مما يقلل من التأثيرات المرضية لـ P. gingivalis. أظهرت مثبطات متنوعة تستهدف AI-1 وAI-2 وعودًا في تقليل تكوين الأغشية الحيوية والتعبير عن عوامل الضراوة، مما يشير إلى طريق علاجي لإدارة أمراض اللثة. تؤكد النتائج على تعقيد التفاعلات البكتيرية التي تتوسطها AI-2 وتبرز أهمية تطوير مثبطات استشعار الكتلة كعلاجات مساعدة للعلاجات التقليدية، بهدف استعادة توازن الميكروبيوم الفموي بدلاً من استهداف الأنواع المرضية فقط. بشكل عام، توضح الأبحاث كيف يؤثر التواصل بين الأنواع من خلال AI-2 بشكل كبير على ديناميات المجتمعات الميكروبية ومرضية *P. gingivalis*.
DOI: https://doi.org/10.3389/froh.2025.1573863
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40546459
Publication Date: 2025-06-06
Author(s): Ziyi Zhao et al.
Primary Topic: Oral microbiology and periodontitis research
Overview
This scoping review investigates the role of quorum sensing (QS) in the interactions between *Porphyromonas gingivalis*, a key pathogen in periodontitis, and other oral microbial species. The systematic search yielded 205 publications, with 26 studies included in the review. Findings indicate that *P. gingivalis* utilizes signal molecules Autoinducer-1 (AI-1) and Autoinducer-2 (AI-2) for QS, which enhances its pathogenicity and facilitates its integration into oral microbial communities. AI-1 is shown to increase *P. gingivalis* virulence, while AI-2 influences cooperative and competitive relationships among periodontal pathogens, thereby altering the structure of oral biofilms.
The review underscores the significance of QS as a regulatory mechanism in microbial communication and ecological dynamics within the oral environment. It highlights that QS not only promotes the virulence and persistence of *P. gingivalis* but also contributes to dysbiosis. The potential of QS inhibitors as a therapeutic strategy is emphasized, suggesting that they could help rebalance microbial communities without eradicating pathogens. The combination of QS inhibitors with traditional periodontal treatments may provide innovative, microbiome-preserving approaches to managing periodontal diseases, warranting further research in this area.
Introduction
The introduction highlights the intricate microbiome of the oral cavity, emphasizing the role of *Porphyromonas gingivalis* (P. gingivalis), a significant gram-negative anaerobe associated with periodontal disease. This bacterium’s interactions with other microorganisms are critical for maintaining microbial homeostasis, and its ability to disrupt this balance is linked to the pathogenesis of chronic inflammatory conditions. Central to these interactions is quorum sensing, a regulatory mechanism that enables bacteria to communicate based on population density through signaling molecules, influencing gene expression and physiological behaviors such as virulence and biofilm formation.
P. gingivalis employs two quorum sensing systems: Autoinducer-1 (AI-1) for intraspecies communication and Autoinducer-2 (AI-2) for interspecies interactions. AI-1 not only facilitates communication within its species but also enhances interactions with other bacteria, such as *Streptococcus mutans*, within mixed-species biofilms. Conversely, AI-2 serves as a universal signal that allows P. gingivalis to engage with various pathogens, potentially worsening periodontal disease severity. Given the importance of quorum sensing in microbial interactions, there is a growing interest in developing inhibitors to disrupt these communication pathways as a therapeutic strategy against P. gingivalis-related diseases. This scoping review aims to clarify the role of quorum sensing in regulating interactions between P. gingivalis and other oral microbes, ultimately exploring its potential for improving oral health.
Methods
The methods employed in this scoping review adhered to the framework established by Arksey & O’Malley and the PRISMA-ScR guidelines. A systematic search was conducted by two independent researchers across three databases—PubMed, Web of Science, and Scopus—targeting English-language articles published before December 31, 2024. The search utilized the keywords “(quorum sensing OR QS) AND [(Porphyromonas gingivalis) OR P. gingivalis]”. Eligibility criteria included studies that investigated P. gingivalis within oral microbial communities, focused on quorum sensing mechanisms or inhibitors, and encompassed various study types such as in vitro experiments, animal models, and clinical trials. Exclusion criteria eliminated studies that did not directly address quorum sensing, those focusing on non-oral bacteria, and non-research articles. Ultimately, 26 articles met the inclusion criteria from an initial pool of 205 records.
The findings highlight the role of the quorum sensing signal AI-1, primarily produced by periodontal bacteria, in modulating interactions within oral biofilms. AI-1, specifically the N-acyl homoserine lactone (AHL) signal, facilitates bacterial density sensing, enhancing the survival and pathogenicity of P. gingivalis. In multispecies biofilms, AI-1 promotes the recruitment of P. gingivalis, allowing it to thrive in nutrient-rich environments. Notably, AI-1 produced by P. gingivalis was found to reduce the biofilm formation and metabolic activity of Streptococcus mutans when co-cultured, indicating a regulatory interaction that diminishes the pathogenic potential of S. mutans. This underscores the significance of AI-1 in bacterial communication and its implications for understanding oral microbial ecology and disease progression.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the pivotal role of the AI-2 quorum sensing molecule in modulating interactions between *Porphyromonas gingivalis* (P. gingivalis) and other bacterial species within the oral microbiome. AI-2, synthesized by the LuxS enzyme, facilitates communication among bacteria, allowing P. gingivalis to sense its environment and adapt its behavior, particularly in its interactions with *Streptococcus* species. The luxS gene is crucial for biofilm formation, enabling cooperative interactions that enhance the stability and composition of microbial communities. Notably, the presence of AI-2 promotes synergistic relationships, such as those between P. gingivalis and *Fusobacterium nucleatum*, which not only supports structural adhesion but also provides essential nutrients, potentially exacerbating periodontal disease through heightened inflammatory responses.
Additionally, the paper discusses the potential of quorum sensing (QS) inhibitors to disrupt these interbacterial communications, thereby mitigating the pathogenic effects of P. gingivalis. Various inhibitors targeting AI-1 and AI-2 have shown promise in reducing biofilm formation and virulence factor expression, suggesting a therapeutic avenue for managing periodontal diseases. The findings underscore the complexity of bacterial interactions mediated by AI-2 and highlight the importance of developing QS inhibitors as adjuncts to conventional treatments, aiming to restore a balanced oral microbiome rather than solely targeting pathogenic species. Overall, the research illustrates how interspecies communication through AI-2 significantly influences the dynamics of microbial communities and the pathogenicity of P. gingivalis.