DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2025.1750551
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41561077
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: Muxin Xu وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيولوجيا الفموية وبحوث التهاب اللثة
نظرة عامة
تدرس الدراسة آثار زوليفلوداسين (ZFD)، وهو مضاد حيوي جديد، على تشكيل الأغشية الحيوية للبكتيريا المسببة للتسوس ستربتوكوكوس موتانس (S. mutans). باستخدام منهجيات متنوعة، بما في ذلك تحليل الكريستال البنفسجي، وعد وحدات تشكيل المستعمرات (CFU)، واختبارات MTT، قام الباحثون بتقييم كتلة الأغشية الحيوية، وعدد البكتيريا القابلة للحياة، والقدرة الأيضية. أظهرت النتائج أن ZFD قمع بشكل كبير تشكيل الأغشية الحيوية، مما أدى إلى تقليل الكتلة، وعدد الخلايا القابلة للحياة، والنشاط الأيضي. بالإضافة إلى ذلك، قمع ZFD إنتاج حمض اللبنيك والبوليسكاريدات خارج الخلوية (EPS)، التي تعتبر حاسمة للفتك المسبب للتسوس، بينما غير أيضًا شكل البكتيريا داخل الأغشية الحيوية.
كشفت التحليلات الإضافية أن ZFD أظهر سمية خلوية منخفضة ولم يحفز مقاومة الأدوية في S. mutans بعد عدة تمريرات. أشارت دراسات التعبير الجيني عبر تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي في الوقت الحقيقي (qRT-PCR) إلى تغييرات كبيرة في التعبير عن الجينات المتعلقة بالفتك، واستشعار الكثافة، وحماية الإجهاد التأكسدي. أظهرت مجموعة ZFD مع فلوريد الصوديوم (NaF) أو الكلورهيكسيدين (CHX) تأثيرات غير مبالية على نمو البكتيريا وتشكيل الأغشية الحيوية. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن ZFD يحمل وعدًا كعامل مضاد للبكتيريا فعال في الوقاية من التسوس، ويرجع ذلك أساسًا إلى قدرته على التحكم في تشكيل الأغشية الحيوية مع آثار سمية خلوية ضئيلة وخطر مقاومة منخفض.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على المشكلة المتزايدة عالميًا للتسوس السني، الذي شهد زيادة بنسبة 53% في الحالات غير المعالجة من 1990 إلى 2021، مما أثر على 27.5% من السكان بحلول عام 2021. يُعزى التسوس السني بشكل أساسي إلى تشكيل الأغشية الحيوية، حيث تم تحديد *ستربتوكوكوس موتانس* كعامل مسبب رئيسي بسبب عوامل الفتك الخاصة به التي تعزز تطوير الأغشية الحيوية وإنتاج الحمض، مما يؤدي إلى تسوس الأسنان. تزيد مصفوفة الأغشية الحيوية الواقية بشكل كبير من مقاومة البكتيريا للمضادات الحيوية، مما يستلزم استراتيجيات فعالة للتحكم في أغشية *S. mutans* الحيوية.
تواجه العلاجات الحالية، مثل الكلورهيكسيدين (CHX) والفلوريد، تحديات تشمل المقاومة والآثار الجانبية السلبية. يقدم إدخال زوليفلوداسين (ZFD)، وهو مضاد حيوي جديد بآلية فريدة تستهدف إنزيمات التوبويزوميراز من النوع الثاني البكتيرية، بديلاً محتملاً. لقد أظهر ZFD نشاطًا مضادًا للبكتيريا واسع الطيف وتأثيرات مضادة للأغشية الحيوية ضد مجموعة متنوعة من العوامل المسببة للأمراض، ومع ذلك لا يزال تأثيره على تشكيل أغشية *S. mutans* غير مستكشف. تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات ZFD المضادة للأغشية الحيوية على *S. mutans*، مما يعالج فجوة حاسمة في إدارة التسوس السني.
طرق
تحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك مصادرها وأي خصائص ذات صلة قد تؤثر على النتائج. كما يصف قسم الطرق البروتوكولات المتبعة لجمع البيانات وتحليلها، مما يضمن إمكانية إعادة الإنتاج والشفافية في عملية البحث.
تُبرز المنهجيات الرئيسية، بما في ذلك أي تقنيات إحصائية أو نماذج حسابية تم تطبيقها لتفسير البيانات. يركز القسم على صرامة الإعداد التجريبي، مع معالجة المتغيرات المربكة المحتملة والتدابير المتخذة للتحكم فيها. بشكل عام، يعمل هذا القسم كأساس لفهم صلاحية وموثوقية نتائج الدراسة.
نتائج
تشير النتائج إلى أن ZFD (0.250 ملغ/مل و0.125 ملغ/مل) يثبط بشكل كبير تشكيل أغشية *ستربتوكوكوس موتانس* الحيوية، كما يتضح من تلون الكريستال البنفسجي (P < 0.001). في المقابل، لم تنتج التركيزات الأقل (0.063 ملغ/مل و0.031 ملغ/مل) تأثيرات مثبطة كبيرة (P > 0.05). دعمت اختبارات إضافية، بما في ذلك عد وحدات تشكيل المستعمرات واختبارات MTT، هذه النتائج، مؤكدة أن تأثير ZFD المضاد للأغشية الحيوية يعتمد على الجرعة. كما أظهر التحكم الإيجابي، 0.2% كلورهيكسيدين (CHX)، انخفاضًا كبيرًا في تشكيل الأغشية الحيوية (P < 0.001). علاوة على ذلك، قمع علاج ZFD بشكل فعال إنتاج الحمض في أغشية *S. mutans* الحيوية، حيث أظهرت قياسات pH ارتفاعًا كبيرًا فوق 7 عند التركيزات الأعلى (P < 0.001)، مشابهًا لتأثيرات 0.2% CHX. بشكل محدد، تم تقليل إنتاج حمض اللبنيك بنسبة 97.6% و95.2% عند 0.250 ملغ/مل و0.125 ملغ/مل، على التوالي (P < 0.001). على العكس من ذلك، عند التركيزات الأقل، ظل الرقم الهيدروجيني أقل من 5.5، مما يشير إلى تأثير ضئيل على إنتاج الحمض، والذي لم يكن ذا دلالة إحصائية (P > 0.05). تؤكد هذه النتائج الطبيعة المعتمدة على الجرعة لتأثيرات ZFD المثبطة على كل من تشكيل الأغشية الحيوية وإنتاج حمض اللبنيك في *S. mutans*.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم التأثيرات المثبطة لـ ZFD على تشكيل الأغشية الحيوية وعوامل الفتك لـ *ستربتوكوكوس موتانس* بشكل منهجي. أشارت النتائج إلى أن ZFD قلل بشكل كبير من كتلة الأغشية الحيوية وإنتاج البوليسكاريد خارج الخلية (EPS) بطريقة تعتمد على الجرعة، خاصة عند التركيزات 0.125 ملغ/مل و0.250 ملغ/مل. كان هذا الانخفاض في EPS، الذي يتكون أساسًا من الجلوكوز غير القابل للذوبان في الماء (WIG)، مرتبطًا بتقليل التعبير عن جينات تخليق البوليسكاريد *gtfB* و*gtfC*، والتي تعتبر حاسمة لبنية الأغشية الحيوية والالتصاق. بالإضافة إلى ذلك، أدى علاج ZFD إلى انخفاض كبير في إنتاج حمض اللبنيك، كما يتضح من انخفاض التعبير عن جين *ldh*، الذي يعد أساسيًا للجليكوليز والنشاط الحمضي في *S. mutans*. كان الرقم الهيدروجيني للسائل الفائق أيضًا أعلى في المجموعات المعالجة بـ ZFD، مما يشير إلى بيئة أقل حموضة ملائمة لصحة الأسنان.
علاوة على ذلك، أظهر ZFD سمية خلوية ضئيلة تجاه الخلايا الليفية للفئران ولم يحفز مقاومة الأدوية في *S. mutans*، مع الحفاظ على تركيز مثبط أدنى مستقر (MIC) على مدى 20 تمريرة. كشفت تحليل التعبير الجيني أنه بينما زاد ZFD من التعبير عن الجينات المتعلقة باستشعار الكثافة، مثل *luxS* و*comDE*، فإنه قلل من *comX*، مما يشير إلى استجابة معقدة للإجهاد الناتج عن ZFD. بشكل عام، تشير هذه النتائج إلى أن ZFD يثبط بشكل فعال تشكيل الأغشية الحيوية وفتك *S. mutans* دون آثار سمية خلوية كبيرة أو تطوير مقاومة، مما يبرز إمكانيته كعامل علاجي في إدارة التسوس السني.
DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2025.1750551
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41561077
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): Muxin Xu et al.
Primary Topic: Oral microbiology and periodontitis research
Overview
The study investigates the effects of Zoliflodacin (ZFD), a novel antibiotic, on the biofilm formation of the cariogenic bacterium Streptococcus mutans (S. mutans). Utilizing various methodologies, including crystal violet analysis, colony forming unit (CFU) counting, and MTT assays, the researchers assessed biofilm biomass, viable bacterial counts, and metabolic viability. The results demonstrated that ZFD significantly inhibited biofilm formation, reducing biomass, viable cell counts, and metabolic activity. Additionally, ZFD suppressed the production of lactic acid and extracellular polysaccharides (EPS), which are critical for cariogenic virulence, while also altering bacterial morphology within biofilms.
Further analyses revealed that ZFD exhibited low cytotoxicity and did not induce drug resistance in S. mutans after multiple passages. Gene expression studies via quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) indicated significant changes in the expression of genes related to virulence, quorum sensing, and oxidative stress protection. The combination of ZFD with sodium fluoride (NaF) or chlorhexidine (CHX) showed indifferent effects on bacterial growth and biofilm formation. Overall, the findings suggest that ZFD holds promise as an effective antibacterial agent for caries prevention, primarily due to its ability to control biofilm formation with minimal cytotoxic effects and low resistance risk.
Introduction
The introduction highlights the escalating global issue of dental caries, which has seen a 53% increase in untreated cases from 1990 to 2021, affecting 27.5% of the population by 2021. Dental caries is primarily driven by biofilm formation, with *Streptococcus mutans* identified as a key pathogen due to its virulence factors that enhance biofilm development and acid production, leading to tooth decay. The protective biofilm matrix significantly increases bacterial resistance to antibiotics, necessitating effective strategies to control *S. mutans* biofilms.
Current treatments, such as chlorhexidine (CHX) and fluoride, face challenges including resistance and adverse side effects. The introduction of Zoliflodacin (ZFD), a novel antibiotic with a unique mechanism targeting bacterial type II topoisomerases, presents a potential alternative. ZFD has demonstrated broad-spectrum antibacterial activity and antibiofilm effects against various pathogens, yet its impact on *S. mutans* biofilm formation remains unexplored. This study aims to investigate the antibiofilm effects of ZFD on *S. mutans*, addressing a critical gap in the management of dental caries.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including their sources and any relevant characteristics that may influence the outcomes. The methods section also describes the protocols followed for data collection and analysis, ensuring reproducibility and transparency in the research process.
Key methodologies are highlighted, including any statistical techniques or computational models applied to interpret the data. The section emphasizes the rigor of the experimental setup, addressing potential confounding variables and the measures taken to control for them. Overall, this section serves as a foundation for understanding the validity and reliability of the study’s findings.
Results
The results indicate that ZFD (0.250 mg/mL and 0.125 mg/mL) significantly inhibits the formation of *Streptococcus mutans* biofilms, as evidenced by crystal violet staining (P < 0.001). In contrast, lower concentrations (0.063 mg/mL and 0.031 mg/mL) did not produce significant inhibitory effects (P > 0.05). Additional assays, including CFU counting and MTT assays, supported these findings, confirming that the antibiofilm effect of ZFD is dose-dependent. The positive control, 0.2% chlorhexidine (CHX), also demonstrated a significant reduction in biofilm formation (P < 0.001). Furthermore, ZFD treatment effectively suppressed acid production in *S. mutans* biofilms, with pH measurements showing significant elevation above 7 at the higher concentrations (P < 0.001), similar to the effects of 0.2% CHX. Specifically, lactic acid production was reduced by 97.6% and 95.2% at 0.250 mg/mL and 0.125 mg/mL, respectively (P < 0.001). Conversely, at lower concentrations, the pH remained below 5.5, indicating minimal impact on acid production, which was not statistically significant (P > 0.05). These findings underscore the dose-dependent nature of ZFD’s inhibitory effects on both biofilm formation and lactic acid production in *S. mutans*.
Discussion
In this study, the inhibitory effects of ZFD on biofilm formation and virulence factors of *Streptococcus mutans* were systematically evaluated. The results indicated that ZFD significantly reduced biofilm biomass and extracellular polysaccharide (EPS) production in a dose-dependent manner, particularly at concentrations of 0.125 mg/mL and 0.250 mg/mL. This reduction in EPS, primarily water-insoluble glucans (WIG), was associated with decreased expression of the polysaccharide synthesis genes *gtfB* and *gtfC*, which are critical for biofilm structure and adhesion. Additionally, ZFD treatment led to a significant decrease in lactic acid production, as evidenced by lower expression of the *ldh* gene, which is essential for glycolysis and acidogenic activity in *S. mutans*. The pH of the supernatant was also higher in ZFD-treated groups, suggesting a less acidic environment conducive to dental health.
Furthermore, ZFD demonstrated minimal cytotoxicity towards mouse fibroblasts and did not induce drug resistance in *S. mutans*, maintaining a stable minimum inhibitory concentration (MIC) over 20 passages. Gene expression analysis revealed that while ZFD upregulated genes related to quorum sensing, such as *luxS* and *comDE*, it downregulated *comX*, indicating a complex response to the stress induced by ZFD. Overall, these findings suggest that ZFD effectively inhibits *S. mutans* biofilm formation and virulence without significant cytotoxic effects or the development of resistance, highlighting its potential as a therapeutic agent in managing dental caries.